CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

19 4.7K 62
CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ I ACID NUCLEIC LÀ VẬT CHẤT DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ Tiêu chuẩn Vật chất di truyền ( VCDT ) VCDT phải có đủ tính chất: 1/ Mang thơng tin DT đặc trưng cho lồi Vật chất di truyền có khả mã hóa thơng tin di truyền hệ trước chuyển giao cho hệ sau: gen cấu trúc quy định cấu trúc chuỗi polypeptide hệ thống gen chuyên trách gen cấu trúc đảm nhiệm việc điều hịa biểu gen 2/ Có khả tái bản: VCDT phải có khả hình thành sao, chứa đầy đủ thơng tin DT • Prokaryote: phân bào trực phân =>mỗi tế bào nhận vật chất nhân giống hệt tế bào mẹ • Eukaryote: phân bào gián phân + Qua nguyên phân , tế bào nhận chứa tồn thơng tin di truyền nhân + Qua giảm phân , tế bào đơn bội nhận nửa VCDT nhân • Akaryote: nhân lên hàng loạt TB ký chủ, gđ tổng hợp bao hàm tái VCDT cho hệ sau 3/ Có khả biến đổi - Đột biến , tượng tái tổ hợp , yếu tố di truyền vận động làm biến đổi VCDT sinh vật tạo nguyên liệu cho tiến hóa Chứng minh acid nucleic VC mang TTDT a/ Hiện thương Biến nạp (transformation) Frederick Griffith quan sát thấy tượng bí ẩn tiến hành thí nghiệm VK Streptococcus pneumoniae Griffith dùng chủng vi khuẩn (khác hình dạng khuẩn lạc độc tính): Chủng S (mooth): độc, khuẩn lạc nhẵn, láng (vỏ nhày= polysaccharide) Chủng R (rough), không độc, khuẩn lạc sần, không vỏ nhày Lần lượt tiêm trường hợp sau vào chuột, ta thu kết quả: Thí nghiệm chuột Tiêm R Tiêm S sống Tiêm S chết Tiêm S chết R sống Kết Chuột Sống ‘’ Chết ‘’ Sống ‘’Chết * Nhận xét: • Ở TH 4, mảnh vỡ TB từ chủng S bị đun sôi biến đổi VK R sống trở thành VK S sống Hiện tượng gọi Biến nạp Thí nghiệm Oswald Avery, C M MacLeod M McCarty xác định chất tượng biến nạp: • Loại bỏ lipid carbohydrate khỏi ống nghiệm chứa tế bào S chết • Ống 1: Thêm enzyme proteinase  loại bỏ protein  thêm tế bào R sống  xuất tế bào S  có biến nạp • Ống 2: Thêm enzyme ribonuclease  loại bỏ ARN  thêm tế bào R sống  xuất tế bào S  có biến nạp • Ống 3: Thêm enzyme deoxyribonuclease  loại bỏ ADN  thêm tế bào R sống  khơng xuất tế bào S  khơng có biến nạp Nhận xét: • Bản thân polysaccharide khơng gây biến nạp TB R Vỏ nhày biểu kiểu hình độc tính • DNA u tố xác định đặc tính vỏ polysaccharide, từ xác định đặc tính gây bệnh (hoặc tham khảo sách Di truyền học – Phạm Thành Hổ - Trang 138, đoạn 2) b/ Thí nghiệm Hershey - Chase P đánh dấu DNA nhóm phage T2 35 S đánh dấu protein nhóm phage T2 khác 32 • Dùng nhóm phage cho nhiễm riêng rẽ vào E coli với số lượng virus lớn • Sau đó, dùng lực khuấy để tách vỏ virus, sử dụng pp ly tâm để tách riêng vỏ virus với TB VK phân tích phóng xạ * Kết quả: • Nhóm phage đánh dấu = 32P: TB VK có chứa chất phóng xạ chứng tỏ: DNA phage vào VK • Nhóm phage đánh dấu = 35S: chất phóng xạ nằm phần vỏ virus bỏ lại bên ngồi  Protein vỏ phage khơng xâm nhập TB VK mà có DNA phage nạp vào Phân tử DNA giúp sinh sản hệ phage Như vậy, DNA vật liệu DT phage c/ RNA VCDT Cấu tạo phần lớn virus ký sinh thực vật gồm: vỏ protein phần lõi RNA • VD: virus khảm thuốc TMV, HRV,… xâm nhập vào TB khiến diệp lục tố bị phân hủy, gây đốm màu • * Thí nghiệm Fraenkel – Conrat chứng minh RNA VCDT HRV : • Dùng RNA HRV kết hợp với protein TMV tạo virus ghép, cấy vào thuốc lành thấy bị nhiễm bệnh với triệu chứng bệnh HRV Phân lập từ bệnh HRV hồn chỉnh (có thể trình bày TN ngược lại làm đối chứng) Th í nghi ệm ng ợc : (Dùng RNA TMV kết hợp với protein HRV tạo virus ghép, cấy vào thuốc lành thấy bị nhiễm bệnh với triệu chứng bệnh HRV ) •  RNA CSVT DT, cịn protein đóng vai trị vỏ bọc hỗ trợ II THÀNH PHẦN HÓA HỌC VÀ CẤU TRÚC CỦA ACID NUCLEIC Thành phần hóa học acid nucleic a/ Nucleic – đơn phân acid nucleic * Bazo  Các bazo DNA RNA có cấu trúc dị vịng thơm  Các purin có cấu trúc vòng, gồm adenine (A) guanine (G)  Các pyrimidine có cấu trúc vịng, gồm cytosine (C), thymine (T) uracil (U)  Trong RNA, T thay = U Thymine = 5-methyluracil * Nucleoside  Trong acid nucleic, nucleoside tạo thành bởi: bazo (purin N9, pyrimidine N1) liên kết hóa trị với đường pentose vị trí C1  Ở RNA, đường pentose ribose, DNA 2’-deoxyribose  Liên kết bazo đường gọi liên kết glycosyl (hay glycosid) * Nucleotide  Một nucleotide: nucleoside với hay nhiều nhóm photphate nối vị trí 3’, 5’ 2’ ( 2’ có đường ribose) * Liên kết phosphodiester  Mỗi photphate liên kết hóa trị với pentose vị trí ’ pentose vị trí 3’ tạo thành liên kết 3’,5’-phosphodiester  Ở pH trung tính, phosphate chức điện tích âm acid nucleic polymer mang điện tích âm * Trình tự DNA/RNA : Mỗi chuỗi nucleotide (trừ chuỗi nucleotide dạng vịng) có : + Một đầu 5’ tự gắn khơng gắn nhóm phosphate + Một đầu 3’ tự có nhóm hydroxyl + Định hướng chuỗi nucleotide 5’ -> 3’ Cấu trúc không gian acid nucleic : 2.1 Chuỗi xoắn kép DNA 2.1.1 Cấu trúc chuỗi xoắn kép : Cấu trúc phổ biến DNA cấu trúc chuỗi xoắn kép + Phân tử DNA chuỗi xoắn kép gồm hai mạch đơn xoắn quanh trục , mạch đơn chuỗi nucleotide + Mỗi chuỗi có định hướng 5’ -> 3’ ; hướng hai mạch ngược chiều nên ta gọi hai mạch đối song song + Mỗi chu kỳ xoắn DNA gồm 10 bp ( cặp base ) dài khoảng 3,4 nm , đường kính vịng xoắn khoảng nm + Sườn phosphate – đường mạch đơn hướng , base chuỗi xoắn kép hướng vào + Hai mạch đơn kết hợp với nhờ lien kết hydro hình thành cặp base bổ sung nằm hai mạch ( A- T có hai liên kết( lk ) hydro , G- X có ba lk hydro ) (Tham khảo bảng 2.1: Một số dạng cấu trúc DNA / Sách DT trang 21) Từ kiện cấu trúc chuỗi xoắn kép DNA cho ta hai khái niệm : + Mỗi mạch đơn trình tự base khác -> mạch đơn mang thông tin khác với mạch + Hai mạch đơn lk với quan hệ bổ sung - > giải thích cấu trúc chặt chẽ phân tử DNA , phương cách tự tái để tạo hai phân tử giống hệt từ phân tử mẹ ban đầu (tham khảo) 2.1.2 ý nghĩa cấu trúc chuỗi xoắn kép : Phân tử DNA thường có cấu trúc chuỗi xoắn kép Cấu trúc cấu trúc ổn định: + Trong chuỗi xoắn kép, đường pentose nhóm phosphate xoay ngồi, hình thành lk hydro với nước đảm bảo tính ổn định cho phân tử + Chuỗi xoắn kép cho phép base purine pyrimidine có cấu trúc phẳng xếp chồng khít lên bên phân tử DNA , hạn chế tiếp xúc chúng với nước + Mỗi phân tử DNA có số lượng liên kết hydro lớn nên dù chuyển động nhiệt có phá vỡ lk nằm hai bên đầu cịn lk vùng 2.2 Cấu trúc thứ cấp RNA : + RNA tb thường tồn dạng phân tử mạch đơn -> tạo nên vùng xoắn kép cục hình thành lk hydro hai đoạn trình tự bổ sung + RNA tế bào có nhiều dạng cấu trúc thứ cấp ứng với chức riêng Có ba loại RNA là: RNA thơng tin (mRNA) , RNA vận chuyển (tRNA), RNA ribosome ( rRNA ) Phân tích rõ loại RNA, kể virus để xem loại có cấu trúc xoắn kép cục (Chỉ có mARN khơng có ngun tắc bổ sung Cịn tARN, rARN có cấu trúc xoắn kép cục Ngồi snARN (ARN nhân nhỏ) tham gia vào trình ghép nối trình trưởng thành mARN có cấu trúc xoắn kép cục bộ.) Chưa biết (sách Di truyền học – Dự án – Trang 92 / Sách cô – Trang 53) III TÁI BẢN DNA Các nguyên tắc đặc điểm chung tái DNA a/ Sự tái DNA theo chế bán bảo tồn  Trong chuỗi xoắn kép DNA, mạch đơn liên kết với quan hệ bổ sung  Trong trình tái bản, mạch đơn tách rời mạch đơn dùng làm khuôn để tổng hợp nên mạch theo nguyên tắc bổ sung kết là: từ phân tử DNA ban đầu tạo phân tử giống hệt Vì phân tử DNA mang mạch cũ mạch nên kiểu tái gọi bán bảo tồn * Thí nghiệm chứng minh chế bán bảo tồn (E coli)  Nuôi E coli môi trường có nguồn N15, TB sử dụng N15 để tổng hợp DNA DNA VK mang đồng vị nặng N15  Sau tế bào chuyển sang mơi trường có chứa N14  Cách khoảng thời gian đặn tương ứng với đợt phân bào, lấy TB đem chiết tách DNA Bằng pp ly tâm gradient tỉ trọng CsCl, loại DNA nặng (N15-N15), nhẹ (N14-N14) lai (N14-N15) tách ra, kết phân tích phù hợp với kiểu tái bán bảo tồn (vẽ hình minh họa thêm) b/ Cơ chế phân tử trình tái DNA (THUỘC)  Các liên kết H ổn định cấu trúc xoắn liên kết mạch đơn với phải phá vỡ để tách rời mạch  Phải có đoạn mồi (primer) (đoạn DNA/RNA ngắn) bắt cặp bổ sung với mạch khuôn để tạo đầu 3’OH tự  Nguyên liệu tổng hợp DNA desoxynucleosid 5’-triphosphate (dNTPs):dATP, dGTP, dCTP, dTTP Mạch khuôn đọc theo chiều ’-5’ mạch tổng hợp theo chiều 5’-3’ Mỗi nucleotide gắn vào đầu 3’OH mạch kéo dài = liên kết phosphodiester  Mỗi bước thực cách nhanh chóng , xác điều khiển enzyme đặc hiệu  c/ Đơn vị tái bản, điểm khởi đầu điểm kết thúc tái  Mỗi đoạn DNA tái đơn vị riêng lẻ gọi đơn vị tái ( replicon )  Các DNA vịng prokaryote hay Akaryote, kích thước nhỏ gồm đơn vị tái Sự tái khởi đầu từ điểm gọi điểm khởi đầu chép (Ori)và lan theo hướng, hình thành chạc ba tái gặp điểm kết thúc (T) Điểm khởi đầu tái có khuynh hướng giàu A-T để dễ dàng khởi đầu tách rời mạch đơn  Ở Eukaryote, phân tử DNA mạch thẳng bao gồm nhiều đơn vị tái  tế bào hữu nhũ điển hình có từ 50000- 100000 đơn vị tái , đơn vị tái có kích thước khoảng 40 – 200 kp Tái ntn, kết thúc? (Mỗi đơn vị tái có điểm khởi đầu riêng tái lan theo hai hướng Khi chạc ba tái gặp tái ADN hồn thành) (Sách – Trang 34) d/ Sự tổng hợp mạch DNA xảy liên tục mạch gián đoạn mạch ( - Tái bán gián đoạn )  Cơ chế tái DNA cho phép tổng hợp theo hướng 5’-3’, mạch khn có hướng ngược nhau, tổng hợp mạch không diễn tiến giống  Từ điểm khởi đầu tái bản, mạch khuôn 3’-5’ tổng hợp mạch diễn cách liên tục theo chiều ’-3’ chiêu với hướng tháo xoắn Mạch gọi mạch tới  Trong mạch khuôn ’-3’, tổng hợp mạch diễn theo hướng 5’-3’ ngược với hướng tháo xoắn Do đó, tổng hợp mạch khơng xảy liên tục mà dạng đoạn ngắn gọi đoạn Okazaki (1000-2000 bp proka, 100-200 euka) Mạch gọi mạch chậm  Trên thực tế, tổng hợp mạch theo hướng mạch khn chậm uốn vịng để quay 180o chạc ba tái bản, hướng với mạch khuôn tới e/ Mồi RNA  Mạch tới tất đoạn Okazaki mạch chậm tổng hợp = cách kéo dài mồi bắt cặp sẵn mạch khuôn Mồi đoạn RNA ngắn, dược tổng hợp phức hợp protein gọi primosome, primome gồm nhiều protein enzyme primase  Các mồi RNA sau bị phân hủy Rnase thay = trình tự DNA nhờ DNA polymerase Enzyme ligase nối đoạn DNA mạch chậm lại với  Tái DNA prokaryote Giai đoạn Diễn biến Tháo xoắn phân tử Tách rời mạch khuôn điểm khởi đầu tái - phá vỡ liên kết H bazo, tách rời mạch đơn Ori Khởi đầu Enzyme Enzyme topoisomerase loại I tháo dạng siêu xoắn Enzyme topoisomerase loại II tháo nút nảy sinh biến đổi cấu trúc chuỗi xoắn protein Dna A DnaC Dna B DnaB DNA helicase nằm phức hợp primose - Các mạch tách rời ổn định dạng mạch đơn nhờ protein SSB Mạch khn sử dụng đến đâu protein SSB giải phóng khỏi khn đến Tổng hợp mồi RNA - enzyme primase phức hợp primose - DNA polymerase III phức hợp dimer Gồm nhiều đơn vị gắn với nhau, tổng hợp mạch đơn DNA + Đơn vị α: hoạt tính polymerase thực + Đơn vị ε: chức đọc sửa nhờ hoạt tính exonuclease 3’-5’ + Đơn vị β: gắn polymerase vào DNA - Đây nhân tố trì quy định độ dài DNA tổng hợp mạch tới khác với mạch chậm Tổng hợp mạch (kiểu bán gián đoạn, kéo dài mồi RNA) - DNA polymerase III gắn vào mạch, lắp nucleotide bổ sung vào vị trí tương ứng, kéo dài mồi RNA từ đầu 3’OH tự - Nếu gặp chỗ lắp sai, DNA polymerase III dùng hoạt tính exonuclease 3’-5’ cắt lùi lại để bỏ nucleotide sai, lắp vào tiếp tục tái Kéo dài Hoàn chỉnh sợi tổng hợp - mồi RNA dời bị phân hủy - chỗ trống mà mồi để lại thay trình tự DNA nhờ hoạt tính polymerase 5’-3’ exonuclease 3’-5’ DNA polymerase I - nối đoạn DNA mạch tổng hợp lại Giai đoạn kết thúc tái phân chia TB - chạc ba tái gặp khoảng 1800 đối diện OriC Quanh vùng kết thúc có vài điểm làm dừng lại tái cách gắn với sản phẩm gen tus - phân tử DNA vịng dính vào - NST phân phối vào TB - DNA polymerase I: Loại mồi RNA (hoạt tính exonuclease 5’3’), lắp trình tự DNA - Rnase H: phân hủy mồi RNA -Enzyme ligase: nối đoạn DNA lại với - gen tus: nhân tố kìm hãm hoạt động helicase Dna B - topoisomerase IV tách phân tử DNA IV PHIÊN MÃ Những nguyên tắc đặc điểm chung trình phiên mã (THUỘC) • Q trình chuyển thơng tin di truyền từ DNA sang RNA gọi phiên mã • RNA tổng hợp nhờ tác dụng hệ enzyme RNA polymerase • Sự phiên mã thực theo nguyên tắc sau:  Vùng DNA chứa gen cần phiên mã phải mở xoắn cục mạch phân tử DNA dùng làm khuôn tổng hợp RNA  Nguyên liệu cho tổng hợp loại ribonucleosid ’ triphosphate: ATP, GTP, CTP UTP  Phản ứng trùng hợp RNA diễn theo nguyên tắc bổ sung Sợi RNA kéo dài theo chiều 5’-3’, ngược với chiều mạch khuôn  Sự sinh tổng hợp RNA không cần đến mồi  Sản phẩm phiên mã RNA sợi đơn  Sự khởi đầu kết thúc phiên mã phụ thuộc vào trình tự DNA chuyên biệt nằm trước nằm sau vùng mã hóa • Ở mức độ gen riêng biệt, RNA polymerase định việc chọn mạch khuôn cách gắn với phân tử DNA trình tự đặc biệt mạch khn gọi promoter • Như vậy, phân tử DNA xoắn kép, mạch có khả chọn làm mạch khuôn cho phiên mã, tùy gen Sự phiên mã prokaryote a/ RNA polymerase prokaryote Đọc để hiểu vận dụng • Ở prokaryote, RNA polymerase có cấu trúc bậc phức tạp, gồm nhiều đơn vị nối với liên kết yếu • Một holoenzyme RNA polymeraee E coli gồm hợp phần: Nhân tố σ Enzyme lõi • đơn vị α đơn vị β đơn vị β’ đơn vị ω Nhân tố σ :  Là hợp phần tách biệt với enzyme lõi  Với cấu trúc đặc trưng, nhân tố σ giúp cho enzyme lõi nhận biết gắn với promoter để khởi đầu phiên mã vị trí xác Nhiều thí nghiệm cho thấy, thiếu nhân tố σ, enzyme lõi khởi đầu phiên mã cách tùy tiện vị trí khơng đặc hiệu  Khi phiên mã tiến hành khoảng 8-9 nt nhân tố σ giải phóng khỏi enzyme lõi  • Enzyme lõi: đóng vai trị chủ chốt việc heo dài phiên mã Trong đó:  Đơn vị α: liên quan đến việc gắn với promoter  Đơn vị β: chịu trách nhiệm khởi đầu kéo dài phiên mã  Đơn vị β’:liên quan đến việc gắn với khn DNA b/ Các trình tự khởi đầu kết thúc phiên mã prokaryote • Đó trình tự đặc biệt nằm DNA, báo hiệu cho khởi đầu kết thúc phiên mã • Các trình tự dẫn sợi đối khn (sợi ý nghĩa) ’-3’ có trình tự giống trình tự mã phiên, thay đổi T với U • Trình tự khởi đầu  Tín hiệu khởi đầu phiên mã vùng promoter có chứa vị trí đặc hiệu, cho phép RNA polymerase nhận biết, bám vào khởi đầu phiên mã  Kích thước promoter khoảng 40 bp, có trình tự bp bảo tồn, định chức khởi đầu  Trình tự -35 (trình tự nhận biết) nằm cách điểm khởi đầu phiên mã khoảng 35 nt trước, thường có trình tự 5’TTGACA3’  Trình tự thứ hai nằm vị trí -10 (hộp “TATA” hay “hộp Pribnow”), có trình tự 5’TATAAT3’hoặc tương tự  Điểm khởi đầu phiên , có vị trí +1, purine , G phổ biến A • Trình tự kết thúc  Tín hiệu kết thúc phiên mã DNA đoạn trình tự đặc biệt nằm sau gen cấu trúc, bao gồm trình tự đối xứng bổ sung giàu GC loạt cặp AT  Ngay hình thành RNA, trình tự đối xứng bổ xung có khả tự bắt cặp hình thành cấu trúc “kẹp tóc”, đình hoạt động phiên mã Vùng giàu A-T gồm 6T mạch đối khuôn phiên mã thành 6U nằm vùng đuôi RNA  Với số gen, ngồi trình tự kết thúc, địi hỏi có mặt protein gọi nhân tố ρ Nhân tố ρ gồm tiểu đơn vị, gắn với vị trí đặc hiệu sợi đơn RNA  Nhân tố ρ gắn với đoạn khoảng 72 nt RNA, thủy phân ATP di chuyển dọc RNA, hướng phía phức hợp phiên mã Chức nhân tố ρ: tách rời enzyme sợi RNA khỏi khuôn DNA Các giai đoạn trinh phiên mã prokaryote Giai đoạn Khởi đầu (tháo xoắn, tách mạch) Diễn biến - Nhân tố σ kết hợp với enzyme lõi, giúp cho RNA polymerase nhận biết gắn vào promoter để khởi đầu phiên mã + Enzyme nhận biết gắn lỏng lẻo vào trình tự -35, hình thành “phức hợp đóng” + Sự gắn kết trở nên chặc chẽ hơn, “phức hợp đóng” chuyển thành “phức hợp mở” Một vùng DNA kích thước 17 bp, trình tự -10 enzyme tháo xoắn phơi sợi đơn DNA dạng tự để làm khuôn cho tổng hợp RNA Enzyme Kéo dài - Sau RNA polymerase tiến hành phiên mã 8-9 nt nhân tố σ tách khỏi phức hợp để tham gia vào q trình phiên mã khác - Sự tách rời nhân tố σ cần thiết cho gđ kéo dài có mặt gắn chặt phức hợp enzyme vào promoter khiến enzyme trượt dài theo khuôn DNA để tiến hành sinh tổng hợp - RNA polymerase lõi tạo thành phức hợp gồm hợp phần polymerase-DNA-RNA tổng hợp - Trong trình sinh tổng hợp, RNA polymerase di chuyển tháo xoắn phân tử DNA cách liên tục 1chiều dài khoảng 17 bp, đồng thời tiên hành phản ứng trùng hợp để kéo dài sợi RNA dọc theo sợi khuôn 3’-5’ - Sợi RNA tổng hợp đến đâu tách dần khỏi mạch khn DNA đến đó, trừ đoạn khoảng 12 nt điểm tăng trưởng liên kết với DNA Vùng DNA phiên mã RNA polymerase xoắn trở lại sau - RNA polymerase Kết thúc - Khi trình phiên mã diễn qua vùng giàu GC AT ngừng lại - Cấu trúc “kẹp tóc” RNA với phần thân giàu GC bắt cặp ổn địnhlà tín hiệu dừng enzyme polymerase - Theo sau cấu trúc trình tự khoảng 6U bắt cặp với A mạch khuôn cách yếu tạo thuận lợi cho giải phóng RNA khỏi phức hợp - Mạch khuôn DNA trở nên tự do, tái bắt cặp với mạch DNA lại enzyme lõi tách khỏi DNA - Với số gen, cần phải có nhân tố σ, gần đây, người ta cho răng, protein nusA nhân tố tham gia vào gđ kết thúc - RNA polymerase - RNA polymerase - Nhân tố σ - protein nusA Sơ lược sửa đổi sau phiên mã * Quá trình trưởng thành tiền mRNA • Sản phẩm phiên mã gen cấu trúc sơ cấp (tiền mRNA) chưa hồn chỉnh • Trước chuyển TBC để tham gia giải mã, tiền mRNA phải trải qua trình biến đổi nhân để trở thành mRNA hoạt động: trình trưởng thành RNA • Q trình trưởng thành tiền mARN Giai đoạn Gắn mũ chụp Gắn đuôi polyA (phản ứng cắt nối poly) Q trình ghép nối (loại intron nối exon) Diễn biến - Ngay sau bắt đầu phiên mã, guanin có gắn nhóm methyl N7 gắn vào đầu 5’ mARN nhờ lk 5’-5’triphosphate - Những mARN không gắn “mũ chụp” bị phân hủy - mARN bị endonuclease cắt bỏ đoạn - Vị trí cắt nằm cách trình tự AAUAAA khoảng 20 nt phía đầu 3’ - polyA polymerase gắn số Adenin định vào đầu 3’ RNA - Quá trình ghép nối thực tác dụng soliceosome - Quá trình ghép nối diễn sau: + mARN cắt điểm nối exon đầu 5’ intron + lk 5’-3’ hình thành  cấu trúc dạng “nút thòng lọng” intron + Điểm nối exon đầu 3’ intron bị cắt rời, intron bị loại exon exon nối lại với Cấu trúc chức RNA ribosome : 5.1 Các RNA thông tin ( mRNA ) : + Là trình tự gen cấu trúc , đóng vai trị trung gian chuyển thơng tin mã hóa phân tử DNA đến máy dịch mã để tổng hợp protein tương ứng + Các mRNA có cấu trúc đa dạng , kích thước nhỏ so với DNA chứa thơng tin mã hóa cho vài protein + mRNA chiếm khoảng 2-5 % tổng số RNA tế bào 5.2 Các RNA vận chuyển ( tRNA ) : + Đóng vai trị vận chuyển aa cần thiết đến máy dịch mã để tổng hợp protein từ mRNA tương ứng + Các tRNA có cấu trúc thứ cấp với nhiều vùng xoắn kép ổn định nhờ lk bổ sung Hai vị trí khơng có lk bổ sung đóng vai trị đặc biệt quan trọng chức tRNA : trình tự anticodon trình tự 5’ – ACC – 3’ 5.3 Các RNA ribosome ( rRNA ) : + RNA lớn , chiếm đến 80 % tổng số RNA tế bào + rRNA chia làm nhiều loại : • Ở eukaryote : rRNA 28S , 18S , 5.8S 5S • Ở prokaryote : rRNA 23S , 16S 5S V MÃ DI TRUYỀN VÀ SỰ DỊCH MÃ Mã di truyền b/ Đặc tính mã DT • Mã DT mã ba, không gối lên đọc cách liên tục, khơng ngắt qng • Mã DT có tính thối hóa nghĩa nhiều codon xác định aa, trừ ngoại lệ: AUG mã hóa cho Met UGG mã hóa cho Trp • Mã DT có tính phổ biến, nghĩa thống cho toàn sinh giới Biến đổi ý nghĩa mã DT TH nào, đọc thêm sách DT • UAA , UGA, UAG khơng mã hóa cho aa (mã vơ nghĩa) đóng vai trị tín hiệu kết thúc tổng hợp chuỗi polypeptide 61 mã cịn lại mã hóa cho 20 loại aa Dịch mã a/ Khái quát dịch mã Chỉ học “tính linh hoạt”, cịn lại đọc • Tính linh hoạt bắt cặp anticodon- codon + Các ba gen mRNA gọi codon + ba tRNA bắt cặp bổ sung với codon mRNA gọi anticodon + Codon mRNA đọc theo chiều 5’–3’ bổ sung với anticodon tRNA có định hướng 3’-5’ + Mặc dù có 61 codon mã hóa aa thực tế số loại phân tử tRNA tế bào khoảng 61 mà khoảng 40-45 loại khác + Linh hoạt gì? base thứ codon anti codon? Minh họa linh hoạt (bảng) Xem chi tiết tham khảo bảng :Nguyên tắc bắt cặp linh hoạt anticodon – codon / sách DT trang 58 ) Tính linh hoạt: 61 codon mã hóa AA thực tế có khoảng 40 – 45 loại Base thứ ba (3’) codon - ứng với base đầu 5’ anticodon • tARN mở đầu tRNA mở đầu tRNA chuyên biệt , có khả nhận biết codon mở đầu ( AUG ) mRNA để khởi động trình tổng hợp protein Ở prokaryote + tRNA mở đầu gắn với methionine enzyme methionyl- tRNA synthetase + Phần lại methione biến đổi thành N – formylmethuonine enzyme transformylase + Nhóm N- formyl tương tự lk peptide , giúp cho tRNA mở đầu tiến vào vị trí P ribosome ( vị trí giữ phức hợp peptidyl – tRNA ) + Các tRNA khác ln tiến vào vị trí A ( vị trí tiếp nhận aminoacyl – tRNA đến ) Ở eukaryote + methionine tRNA mở đầu không bị biến đổi • Vị trí gắn ribosome Trên mRNA prokaryote có trình tự 8-13 nt bảo tồn nằm trước codon mở đầu ( codon dịch mã ) Đó trình tự giàu purine , thường chứa phần hay tồn đoạn trình tự 5’ – AGGAGGU – 3’ , bắt cặp bổ sung với trình tự ( 3’ – UCCUCCA – 5’ ) nằm gần đầu 3’ rARN 16S tiểu phần bé ribosome -> gọi trình tự Shine – Dalgarno hay vị trí gắn ribosome , giúp gắn ribosome vào vị trí mã mở đầu để khởi đầu trình sinh tổng hợp protein • Polysome Khi ribosome bắt đầu dịch mã phân tử mARN di chuyển qua khoảng 70- 80 nt tính từ codon mở đầu ribosome thứ hai lắp vào vị trí gắn ribosome mARN để bắt đầu dịch mã Khi ribosome thứ hai di chuyển khoảng ribosome thứ ba bắt đầu Nhiều ribosome mARN gọi polysome ( polyribosome ) • Các giai đoạn q trình dịch mã học  Hoạt hóa acid amine  Q trình hoạt hóa aa thực nhờ xúc tác enzyme đặc hiệu, aminoacyl-tARN synthetase  Có 20 loại aminoacyl-tARN synthetase tương ứng với 20 loại aa Các enzyme có khả nhận biết aa đặc hiệu tARN tương ứng  Quá trình gắn aa vào tARN trình tiêu tốn NL trải qua bước: • Enzyme nhận biết gắn với aa đặc hiệu: Enzyme + aa+ ATP  enzyme~aa~AMP + P-P • aa chuyển từ phức hợp enzyme-aa sang tARN tương ứng enzyme~aa~AMP + tARN  tARN~aa + enzyme + AMP  Tổng hợp chuỗi polypeptide: gđ  Khởi đầu: Sự lắp ráp ribosome phân tử mARN  Kéo dài: Sự lặp lại chu kỳ gắn thêm aa vào chuỗi  polypepetide Kết thúc: giải phóng chuỗi polypeptide b/ Cơ chế tổng hợp protein prokaryote Có thể soạn học sách phổ thơng, bổ sung thêm nhân tố tham gia cột bên cạnh Giai đoạn Khởi đầu Kéo dài Diễn biến - Mục đích bước khởi đầu lắp ráp ribomse hoàn chỉnh vào phân tử mARN vị trí mở đầu Thành phần tham gia gồm: tiểu phần lớn bé ribosome, mARN, phức hợp aminoacyl-tARN mở đầu, nhân tố khởi đầu (IF) GTP - Diễn biến: + IF1và IF3 gắn vào tiểu phần bé 30S, giúp ngăn cản gắn tiểu phần lớn vào tiểu phần bé, tạo ribosome bất hoạt ko tạo phức với mARN + IF2 tạo phức với GTP gắn vào tiểu phần bé, hỗ trợ cho gắn vào phức hợp aminoacyl-tARN mở đầu + Tiểu phần bé gắn kết với mARN thông qua trình tự Shine-Dalgarno + tARN gắn vào phức hợp nhờ bắt cặp bổ sung anticodon codon mở đầu AUG mARN IF3 giải phóng Lúc này, có phức hợp khởi đầu 30S + tiểu phần lớn 50S gắn vào, thay chỗ IF1 IF2 GTP thủy phân để cung cấp NL cho bước Phức hợp hình thành vào cuối gđ khởi đầu gọi phức hợp khởi đầu 70S * Lưu ý: aminocyl-tARN mở đầu từ đầu gắn vào phức hợp khởi đầu 70S vị trí P ribosome Lúc này, vị trí A cịn bỏ trống - Gđ kéo dài có tham gia nhân tố kéo dài (EF), tất gắn với GTP GDP - Diễn biến: + Phân phối aminocyl-tARN:  EF-Tu cần thiết cho phân phối aminocyl-tARN đến vị trí A NL tiêu tốn cho bước đến từ thủy phân GTP  Phức hợp EF-Tu.GDP đc tái tạo thành EF-Tu.GTP nhờ EF-Ts EF-Ts thay chỗ cho GDP, đc thay GTP  Phức hợp EF-Tu.GTP gắn với aminocyl-tARN khác để phân phối đến ribosome Kết thúc + Hình thành liên kết peptide:  Khi vị trí A P chiếm aa trở nên gần nhau, hoạt tính peptidyl transferase tiểu phần 50S xúc tác dự hình thành lk peptide chúng mà khơng cần tiêu tốn NL ATP đc tích lũy amiocyltARN + Chuyển dịch:  Phức hợp EF-G GTP đến gắn vào ribosome tARN hết NL rời khỏi vị trí P  Phức hợp peptidyl-tARN chuyển từ A sang P ribosome dịch chuyển codon mARN (tốn NL)  GDP EF-G đc giải phóng sau đc tái sử dụng 1coson diện vị trí A trống Chu kỳ bước nói lặp lặp lại codon kết thúc xh vị trí A - Khơng có tARN nhận diện codon kết thúc - Thay vào đó, nhân tố pro đc gọi nhân tố giải phóng (RF) hay nhân tố kết thúc (TF) tương tác với coson giải phóng chuỗi polypeptide đc hoàn thành - RF1 nhận diện codon UAA UAG; RF2 nhận diện UAA UGA; RF3 giúp RF1 RF2 thực phản ứng - Các nhân tố giải phóng khiến cho hoạt tính peptidyl transferase chuyễn chuỗi polypeptide đến nước thay aminocyl-tARN, phân tử pro đc giải phóng - Để dời chỗ tARN hết NL khỏi vị trí P gải phóng mARN, EF-G với nhân tố giải phóng ribosome đc y/c cho tách rời hoàn toàn tiểu phần IF3 gắn vào tiểu phần bé để ngăn chặn hình thành ribosome 70S bất hoạt VI ĐIỀU HỊA BIỂU HIỆN GEN Trong tế bào, khơng phải loại protein tổng hợp với số lượng ngang Một số protein cần tổng hợp với số lượng lớn, số khác cần phân tử Một số gen hoạt động thường xuyên cung cấp sản phẩm liên tục, số khác biểu gia đoạn định chu trình sống có gen hoạt động điều kiện mơi trường khơng bình thường đọc 1.Sự điều hịa biểu gen prokaryoke: Mục đích điều hịa biểu gen nhằm điều chỉnh hệ enzyme cho phù hợp với tác nhân dinh dưỡng lý hóa môi trường nhằm đáp ứng nhu cầu tăng trưởng sinh sản tế bào Sự điều hòa linh động có tính thuận nghịch Một enzyme sản xuất, ngừng sản xuất lại tái sản xuất theo điều kiện môi trường Ở tế bào prokaryote khơng có màng nhân nên phiên mã dịch mã xảy đồng thời mARN vừa phiên mã tiếp xúc với máy dịch mã để làm khuôn cho tổng hợp protein Do vậy, điều hoà biểu gen chủ yếu tiến hành gia đoạn phiên mã Đọc 1.1 Mơ hình operon điều hồ hoạt động gen mức phiên mã: 1.1.1 Cấu trúc operon: học, vẽ SĐ Operon đơn vị phiên mã Cấu trúc operon gồm nhóm gen cấu trúc, operator promoter tổ hợp lại tạo thành Mỗi operon gắn với gen điều hoà chịu kiểm sốt gen • Nhóm gen cấu trúc (structural ganes): Đảm nhận việc mã hoá phân tử protein- enzyme Các gen thường xếp liền • Điểm điều hành (operator): Là đoạn DNA nằm trước đoạn gen cấu trúc, phụ trách đóng mở gen cấu trúc • Promoter: Là đoạn DNA nằm trước operator, nơi gắn ARN polymerase bị ngăn cản không di chuyển dọc theo mạch khn DNA được, q trình tổng hợp RNA protein tương ứng không xảy Gene điều hoà (regulator): Chịu trách nhiệm tổng hợp protein điều hồ (regulatory protein) Protein điều hồ đóng vai trò protein ức chế (repressor protein) protein hoạt hoá (activator protein) 1.1.2 Sơ lược kiểu kiểm soát phiên mã: Kiểm soát âm (negative control) - Protein điều hồ đóng vai trị protein ức chế, gắn protein ức chế lên operator ngăn cản phiên mã gen cấu trúc operon Kiểm sốt dương (positive control) - Protein điều hồ đóng vai trị protein hoạt hố, chúng gắn vào điểm khởi đầu nằm bên promoter hay điểm tăng cường trình tự nằm xa operon  kích thích phiêm mã gen cấu trúc - Protein ức chế có trung tâm: + Một để gắn vào operator + Một dành cho chất cảm ứng chất ức chế gọi chất đồng ức chế - Protein hoạt hố có trung tâm: + Một để gắn vào điểm khởi đầu điểm tăng cường + Một dành cho chất cảm ứng chất ức chế - Chất cảm ứng gắn vào protein ức chế làm thay đổi cấu hình protein ức chế, khiến protein ức chế rời khỏi operator, gen phiêm mã Đây gọi kiểm soát âm, cảm ứng - Chất cảm ứng gắn vào protein hoạt hoá làm tạo thuận tiện cho phiêm mã Đây gọi kiểm soát dương, cảm ứng - Chất đồng ức chế gắn vào protein ức chế làm thay đổi cáu hình protein ức chế, khiến protein ức chế gắn vào operator, gen khơng phiên mã Đây gọi kiểm sốt âm ức chế - Chất ức chế gắn vào protein hoạt hoá làm kiềm hãm phiên mã Đây gọi kiểm soát dương, ức chế Đến chưa có ví dụ riêng operon hoạt động theo kiểu kiểm sốt dương tính Riêng Lac operon, ngồi kiểu điều hồ cảm ứng âm tính cịn chịu điều hồ cảm ứng dương tính dự tương tác protein điều hoà thuộc phức hợp cAMP-CAP với vùng khởi động dẫn đến tăng cường phiêm mãmà chủ yếu điều chỉnh tốc độ khởi đầu phiên mã 1.2 Các chế điều hồ cảm ứng âm tính ức chế âm tính: 1.2.1 Cơ chế điều hồ cảm ứng âm tính (điều hồ thối dưỡng) Trong thối dưỡng (dị hoá), chất hữu biến đổi thành thành phần đơn giản Cơ chế điều hoà là: Sự có mặt chất (tín hiệu điều hoà) dẫn tới tổng hợp enzyme xúc tác q trình thối dưỡng Ví dụ điển hình cho trường hợp operon lactose E coli 1.2.1.1 Cấu trúc operon lactose Nhóm gen cấu trúc lac operon gồm: • Gen Z: mã hố cho enzyme β-galatosidase có tác dụng: thuỷ phân lactose thành glucose galactose biến đổi lactose thành allolactose • Gen Y: mã hoá cho enzyme β-galactosidepermease cần cho vận chuyển lactose vào tế bào • Gen A: mã hố cho emzyme thiogalacoside acetyltransferase có chức chưa rõ 1.2.1.2 Cơ chế điều hồ: Tìn hiệu điều hồ: đường lactose Mức độ: điều hồ phiên mã • Khi khơng có lactose, gen điều hồ tổng hợp protein ức chế gắn vào operator Điều ngăn cản ARN polymerase gắn vào promoter phiên mã gen cấu trúc operon lactose khơng xảy • Khi có lactose nguồn carbonhydrat mơi trường, lactose đóng vai trị chất cảm ứng gắn vào protein ức chế, làm thay đổi cấu hình khơng gian protein ức chế Sự thay đổi cấu hình khiến cho protein ức chế khơng cịn lực với operator Operator giải phóng cho phép ARN polymerase gắn vào promoter, phiên mã tổng hợp enzyme chuyển hoá lactose xảy 1.2.2 Cơ chế điều hồ ức chế âm tính (đều hồ biến dưỡng) Q trình biến dưỡng (đồng hố) q trình tyổng hợp nên chất cần thiết cho tế bào từ thành phần đơn giản Cơ chế điều hoà là: có mặt tín hiệu điều hồ gấy ức chế q trình sinh tổng hợp Sự điều hồ kiểu gọi điều hồ ngược sản phẩm cuối có mối liên hệ ngược (feed back).\ A B (a) C (b) D (c) Ví dụ điển hình cho trường hợp operon trytophan E coli 1.2.2.1 Cấu trúc operon trytophan: Nhóm gen cấu trúc lac operon gồm gen cấu trúc A, B, C, D E) mã hoá cho enzyme xúc tác cho trinh tổng hợp trytophan từ tiền chất acid chorismic 1.2.2.2 Cơ chế điều hồ: Tín hiệu điều hồ: trytophan (Trp) Mức độ: điều hoà phiên mã Protein ức chế gen điều hồ tổng hợp có hai trung tâm: • Một trung tâm có lực với chất đồng ức chế Trp • Một trung tâm có lực với operator • Trong mơi trường khơng có Trp, protein ức chế bất hoạt không gắn lên operator Điều cho phép ARN polymarase gắn lên promoter phiên mã gen cấu trúc thành mARN Các mARN sau dịch mã thành enzyme tổng hợp Trp • Trong mơi trường có Trp, protein ức chế gắn với chất đồng ức chế Trp trở thành phức hợp ức chế gắn với chất đồng ức chế có hoạt tính có khả gắn với operator Điều ngăn cản ARN polymerase gắn lên promoter phiên mã dịch mã gen cấu trúc thành enzyme tổng hợp Trp không xảy ... trúc - Protein ức chế có trung tâm: + Một để gắn vào operator + Một dành cho chất cảm ứng chất ức chế gọi chất đồng ức chế - Protein hoạt hố có trung tâm: + Một để gắn vào điểm khởi đầu điểm tăng... cho chất cảm ứng chất ức chế - Chất cảm ứng gắn vào protein ức chế làm thay đổi cấu hình protein ức chế, khiến protein ức chế rời khỏi operator, gen phiêm mã Đây gọi kiểm soát âm, cảm ứng - Chất. .. thúc tái phân chia TB - chạc ba tái gặp khoảng 1800 đối di? ??n OriC Quanh vùng kết thúc có vài điểm làm dừng lại tái cách gắn với sản phẩm gen tus - phân tử DNA vòng dính vào - NST phân phối vào TB

Ngày đăng: 05/10/2013, 16:20

Hình ảnh liên quan

+ Enzyme nhận biết và gắn lỏng lẻo vào trình tự -35, hình thành “phức hợp đóng”. - CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

nzyme.

nhận biết và gắn lỏng lẻo vào trình tự -35, hình thành “phức hợp đóng” Xem tại trang 10 của tài liệu.
+ Hình thành liên kết peptide: - CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

Hình th.

ành liên kết peptide: Xem tại trang 14 của tài liệu.
Ví dụ điển hình cho trường hợp này là operon lactose ở E. coli - CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

d.

ụ điển hình cho trường hợp này là operon lactose ở E. coli Xem tại trang 16 của tài liệu.
Ví dụ điển hình cho trường hợp này là operon trytophan ở E. coli - CƠ SỞ VẬT CHẤT VÀ CƠ CHẾ DI TRUYỀN Ở CẤP ĐỘ PHÂN TỬ

d.

ụ điển hình cho trường hợp này là operon trytophan ở E. coli Xem tại trang 17 của tài liệu.

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan