Q TRÌNH PHIÍN MÊ Ở PROKARYOTE
QUÂ TRÌNH PHIÍN MÊ Ở EUKARYOTE
Việc xúc tâc cho q trình phiín mê ở eukaryote do 3 loại RNA polymerase I. II. III chịu trâch nhiệm trong đó RNA polymerase III phiín mê cho câc RNA nhỏ như tRNA vă loại RNA 5S, snRNA (small nuclear RNA: RNA nhỏ ở nhđn).
Phđn tử mRNA được tổng hợp chỉ chứa thông tin của 1 gene mă thôi
(monocistronic mRNA). Nhưng khâc với prokaryote, mRNA sau khi phiín mê sẽ
khơng tham gia ngay văo quâ trình dịch mê mă phải qua một quâ trình chế biến
mới trở thănh mộüt mRNA trưởng thănh (hình 30) tham gia dịch mê, quâ trình năy
được gọi lă quâ trình trưởng thănh (maturation). mRNA trước khi qua quâ trình trưởng
thănh được gọi lă tiền mRNA (premessenger RNA). (hình 9)
Hình 9: Cấu trúc chung của một mRNA trưởng thănh ở eukaryote
Q trình phiín mê ở eukaryote trêi qua câc giai đoạn sau:
GIAI ĐOẠN MỞ ĐẦU
Chịu sự kiểm sôt của một trình tự đặc biệt trín DNA gọi lă lõi khởi động (core promoter) trong đó có trình tự lặp gọi lă hộp TATA (TATA box) nằm câch vị trí phiín mê khoảng 25 - 35 nucleotide có vai trị quan trọng trong q trình phiín mê ở eukaryote.
Vai trị của RNA polymerase II (hình 11)
RNA polymerase II bắt đầu phiín mê với sự phối hợp với câc nhđn tố phiín mê (TF: transcription
factors) có bản chất lă protein gồm có TFIID, TFIIB, TFIIA, TFIIE vă
TFIIH. Chữ TFII ký hiện cho loại TF phối hợp với RNA polymerse
II, câc kỹ tự phía sau đại diện cho
câc loại TF khâc nhau.
Hình 10: TBP gắn ïvơi ühơp TATA trên DNA, íbe cong DNA thành hình n ngựa
TFIID gắn với hộp TATA vă vị trí hoạt động của RNA polymerase II để đảm bảo cho quâ trình phiín mê bắt đầu một câch chính xâc. TFIID có ít nhất chín chuỗi polypeptide, một trong chúng được gọi lă TBP (TATA-binding protein: protein gắn
với TATA) có khả năng ghi nhận vă gắn văo hộp TATA trín DNA khn, bẻ cong
đoạn DNA thănh hình n ngựa tạo thuận lợi cho hoạt động phiín mê. (hình 10)
Một phức hợp gồm DNA polymerase, câc yếu tố phiín mê, câc yếu tố trung gian khâc đến gắn với TFIID. TFIIA có vai trị duy trì mối quan hệ giữa TFIID vă DNA,
TFIIB giúp chọn lựa vị trí bắt đầu, TFIIH giúp thâo xoắn DNA, câc chất trung gian đóng vai trị trung gian giữa hệ thống phiín mê vă câc protein hoạt hóa cho q trình
phiín mê.
Ngay phía trước lõi khởi động lă một trình tự lặp gọi lă vùng điều hòa khởi động (regulatory promoter). Vùng năy sẽ kết hợp với câc protein hoạt hóa cho q trình phiín mê vă qua đó ảnh hưởng tới tốc độ phiín mê.
Trín DNA có câc trình tự với tâc dụng tăng cường hoạt động phiín mê của câc
gene gọi lă vùng tăng cường (enhancer), vùng năy có thể nằm ở phía trước hoặc phía sau gene vă câch xa gene mă nó điều khiển, đơi khi vùng năy nằm trong câc intron của gene. Mặc dù nằm câch xa vùng khởi động nhưng thông qua câc protein hoạt hóa cho q trình phiín mê, DNA sẽ tạo thănh một quai DNA lăm cho vùng tăng cường vă
vùng khởi động nằm sât nhau để điều khiển q trình phiín mê. Vai trị của RNA polymerse I (hình 12)
Hình 12: Giai đoạn khởi đầu q trình phiín mê ở eukaryote với RNA polymerase I
RNA polymerase I cần có 2 protein lă SL1 vă UBF để bắt đầu cho quâ trình
phiín mê. 2 protein năy sẽ gắn văo 2 vùng chức năng trín DNA, một vùng nằm quanh vị trí bắt đầu phiín mê kĩo dăi từ vị trí -40 đến +20 gọi lă yếu tố lõi (core element) cần thiết cho việc bắt đầu phiín mê vă một vùng ở phía trước vùng yếu tố lõi ở vị trí -180
đến -107 gọi lă yếu tố kiểm soât
(control element) có vai trị tăng cường hiệu quả hoạt động của vùng
quanh vị trí phiín mê. 2 vùng năy giău GC vă có trình tự giống nhau
Như vậy cả hai enzyme RNA polymerase I vă II đều vó vai trị quan trọng như nhau trong việc bắt
đầu q trình phiín mê.
Vai trị của RNA polymersase III (hình 13)
Chỉ xúc tâc cho q trình phiín mê câc RNA nhỏ như tRNA vă loại RNA 5S, snRNA. Vùng tâc động của enzyme năy có thể nằm phía trước vị trí phiín mê (snRNA) hoặc nằm trong vùng phiín mê (t vă rRNA).
GIAI ĐOẠN KĨO DĂI
mRNA được tổng hợp trín
mạch khn của DNA nhờ nhđn tố TFIIS
GIAI ĐOẠN KẾT THÚC
Hình 13: Các vị trí kíhơi đüơng khác nhau trêïn ca loại gene ícua RNA polymerase III
Giai đoạn năy ở eukaryote chưa được biết một câch tường tận. 3 loại RNA
polymerase sử dụng câc cơ chế khâc nhau để chấm dứt việc phiín mê.
RNA polymerase I cần một yếu tố kết thúc giống như yếu tố Rho ở vi khuẩn, yếu tố năy gắn với một trình tự DNA ở phía sau vị trí kết thúc.
RNA polymerase III kết thúc phiín mê sau khi phiín mê một trình tự kết thúc tạo ra một chuỗi gồm câc uracyl trín phđn tử RNA, quâ trình năy khơng cần sự hình thănh cấu trúc "kẹp tóc" phía trước chuỗi uracyl như ở vi khuẩn.
Đối với câc gene phiín mê dưới tâc động của RNA polymerase II, quâ trình
phiín mê có thể chấm dứt tại nhiều vị trí nằm trong khoảng từ văi trăm đến văi ngăn cặp base ở phía cuối gene.
Q TRÌNH TRƯỞNG THĂNH CỦA CÂC TIỀN mRNA
Quâ trình trưởng thănh của câc tiền mRNA xảy ra ở trong nhđn tế băo từ trước khi q trình phiín mê kết thúc. Q trinh năy gồm câc bước sau:
GẮN MŨ CHỤP (CAPPING)
Ngay sau khi bắt đầu phiín mê, một nhóm phosphate của nucleotide đầu 5' sẽ
bị tâch đi tạo điều kiện cho một guanine với 1 phosphate gắn văo đầu 5', sau đó base
guanine sẽ gắn thím nhóm methyl văo vị trí số 7 (7-methyl guanin), sự mehtyl hóa năy có thể xảy ra ở vị trí 2' trín phđn tử đường của một hoặc một số nucleotide tiếp theo.
Mũ chụp có vai trị hết sức quan trọng trong quâ trình dịch mê vì câc protein ghi nhận mũ chụp sẽ bâm văo đđy vă ribosome sẽ bâm văo câc protein năy để bắt đầu cho
quâ trình dịch mê. Ngoăi ra mũ chụp còn giúp giữ cho cấu trúc của mRNA được hằng định vă ảnh hưởng đến quâ trình cắt bỏ câc
intron. (hình 14)
GẮN ĐI POLYA
Ngay sau khi phiín mê xong, câc tiền mRNA (pre mRNA) sẽ bị cắt ở vị trí nằm phía sau một trình
tự đồng nhất (consensus sequence) AAUAAA khoảng 11 - 30 nucleotide. Sau đó enzyme polyA polymerase vă một số yếu tố khắc sẽ giúp gắn một lượng adenin vă
đầu 3' của mRNA, sau khi gắn
khoảng 10 adenine, một protein gọi lă PABP (PolyA Binding Proein: pretein liín kết với polyA) sẽ gắn văo đuôi poly A vă giúp phât triển
tiếp tục chuỗi polynucleotide adenin, căng nhiều PABP gắn văo sẽ có căng nhiều adenine trong đuôi poly A.Số lượng adenin trong đuôi poly A khoảng từ 50 - 250.
Đi poly A giúp duy trì sự ổn định của mRNA vă kĩo dăi thời
gian hoạt động dịch mê của RNA năy. Sự ổn định của mRNA phụ thuộc văo câc protein gắn văo đi polyA. (hình 15)
Hình 14: Q trình hình thănh mũ chụp (cap) ở đầu 5' bằng câch gắn thím guanine vă methyl hóa.
Hình 15: Gắn đi poly A văo đầu 3' của tiền mRNA
CẮT NỐI (SPLICING)
Trong bước năy tiền mRNA sẽ cắt bỏ câc đoạn intron không mang mê vă nối câc
đoạn exon mang mê lại với nhau. Có 3 trình tự đóng vai trị quan trọng trong quâ trình
năy lă (hình 16):
Hình 16: Câc vị trí quan trọng trong việc cắt nối tiền mRNA
- Trình tự cho GU ở đầu 5' của intron (một số ít lă AU)
- Điểm nhânh (branch point) lă một trình tự nucleotide với một adenine nằm ở phía trước vị trí cắt ở đầu 3' khỏang từ 18 đến 40 nucleotide. Trình tự
năy khơng có độ đồng nhất cao nhưng thường có dạng YNYYRAY (Y: nucleotide pyrimidine, N: bất cứ loại nucleotide năo, R: nucleotide purine, vă A : adenine). Đột biến xảy ra ở vùng năy sẽ lăm cho q trình căt nối khơng xảy ra được.
- Trình tự nhận AG ở đầu 3' (một số ít lă AC)
Quâ trình cắt nối được thực hiện với sự tham gia của một phức hợp lớn có tín lă
splicesome (thể cắt nối), được cấu tạo từ nhiều phđn tử RNA vă protein. Câc phđn
tử RNA tham gia văo cấu trúc của splicesome lă câc RNA nhđn nhỏ (snRNAs),
những snRNA năy sẽ kết hợp với câc protein để tạo thănh câc snRNP (small ribonucleoprotein particles: tiểu phần ribonucleoprotein nhỏ), mỗi snRNP chứa
một snRNA vă nhiều protein. Splicesome gồm 5 snRNP được gọi tín theo loại snRNA mă nó mang trong cấu trúc (U1, U2, U4, U5 vă U6).
Trước khi quâ trình cắt nối xảy ra exon trước (exon 1) vă exon sau (exon 2) được tâch ra bởi 1 intron. Tiền mRNA được cắt nối theo hai bước sau (hình 17):
Hình 17: Quâ trình cắt bỏ câc đoạn intron trong tiền mRNA để tạo thănh mRNA trưởng thănh
Bước 1
Tiền mRNA bị cắt ở vị trí cắt 5' lăm giải phóng exon 1 ra khỏi intron vă đầu 5' của intron sẽ gắn văo điểm nhânh bằng câch uốn cong lại tạo thănh một cấu trúc hình "nút thịng lọng" (lariat). Nucleotide guanine ở đầu cắt 5' của intron sẽ liín kết với
nucleotid adenine của điểm nhânh. Nhóm OH trín carbon 2' của adenine tại điểm
nhânh sẽ phâ vỡ liín kết 5' phosphodiester của guanine ở vị trí cắt 5', vă tạo thănh một liín kết 5' - 2' phosphodiester mới giữa guanine vă adenine. Quâ trình năy được gọi lă quâ trình chuyển ester hóa (transesterification).
Bước 2
Vị trí cắt 3' sẽ bị cắt vă đồng thời đầu 3' của exon 1 sẽ gắn với đầu 5' của exon 2 bằng liín kết hóa trị, phản ứng năy cũng được thực hiện qua q trình chuyển ester
hóa, trong đó nhóm 3'-OH của exon 1 sẽ phâ vỡ liín kết phosphodiester ở vị trí cắt 3' vă tạo thănh liín kết phosphodiester mới giữa đầu 3' của exon 1 vă đầu 5' của exon 2. Khi đó đoạn intron được cắt bỏ dưới dạng nút thòng lọng. nút thòng lọng intron năy sẽ trở thănh mạch thẳng vă nhanh chóng bị thơi hóa dưới tâc dụng của câc enzzyme của nhđn. Giữa câc exon vă intron khâc cũng diễn ra quâ trình tương tự để tạo thănh
mRNA trưởng thănh (mature mRNA) chỉ gồm câc đoạn exxon. mRNA trưởng
thănh sau đó sẽ văo băo tương tham gia q trình dịch mê.
CĐU HỎI ƠN TẬP
1. Níu câc nguyín tắc cơ bản của q trình phiín mê ?
2. Trình băy câc giai đoạn cơ bản trong q trình phiín mê ở prokaryote ? 3. Trình băy câc giai đoạn cơ bản trong q trình phiín mê ở eukaryote ?
4. Ở eukaryote, sau khi mRNA được tổng hợp, sẽ trêi qua những biến đổi như thế năo để trở thănh một mRNA trưởng thănh có thể tham gia quâ trình dịch mê ?
CĐU HỎI TRẮC NGHIỆM
1. Mũ chụp G trín mRNA cho phĩp câc ...... (P: protein; A: amino acid; N:nucleotide) ghi nhận mũ chụp bâm văo đđy vă .......(R: ribosome; T: tRNA; E:enzyme) sẽ bâm văo câc protein năy để bắt đầu cho quâ trình dịch mê vă giúp giữ cho cấu trúc của mRNA được ........(H: hằng định; L: linh hoạt)
A. P, T, L B. A, R, H C. N, E, HD. A, R, L E. P, R, H D. A, R, L E. P, R, H
2. Trong q trình phiín mê của Eukaryote, đi poly A có nhiệm vụ:
A. Giúp duy trì sự ổn định của mRNA
B. Kĩo dăi thời gian hoạt động dịch mê của RNA C. Nối câc đoạn exon lại với nhau
D. A, B đúng
E. A, B, C đều đúng
3. Trín mRNA, bộ ba mê ........ (A: AUG; B: UAA; C: UAG) mê hoâ cho methionine (Met) sẽ bắt đầu cho quâ trình dịch mê. Mặc dù chỉ có 1 codon mê hơ cho Met nhưng có...... ( 1. một; 2. hai; 3. ba) loại tRNA mang Met đến ribosome.
A. A, 2 B. A, 1 C. B,2 D. C, 3 E. B, 1
4. Sau khi quâ trình tổng hợp mRNA bắt đầu, đầu 5' của mRNA đang được tổng hợp sẽ được gắn thím:
A. Enzyme RNA polymerase II B. Một chuỗi poly A
C. Một đoạn base gồm 100 đến 200 Uracyl D. Một nucleotide Adenine được methyl hóa E. Một nucleotide Guanine được methyl hóa
5. Để tạo thănh đầu "5' cap" thì đầu 5' của phđn tử mRNA đang được tổng hợp sẽ được "bít" lại bằng câch gắn thím một nucleotide được methyl hóa loại:
A. Adenine B. Cytosine C.Uracyl D. Thymine E. Guanine
ĐÂP ÂN