Gen hay ADN được cấu tạo từ bốn loại nucleotide, trong khi đú protein được cấu tạo bởi 20 loại axit amin. Vấn đề đặt ra là, cỏc gen mó húa cho cỏc sản phẩm protein của chỳng bằng cỏch nào?
Bằng suy luận, ta cú thể suy đoỏn rằng mỗi axit amin khụng thểđược xỏc định bởi đơn vị mó gồm một, hai hoặc bốn nucleotide bởi một đằng cũn chưa đủ và một đằng khỏc lại quỏ dư thừa. Cú lẽ nú phải là một nhúm gồm ba nucleotide (43 = 64). Với 64 kiểu bộ ba hoỏ ra là đủ thừa để mó hoỏ cho 20 loại axit amin. Như thế, một axit amin được xỏc định bởi trung bỡnh ba bộ ba khỏc nhau. Phải chăng mó di tryền là mó bộ ba?
Năm 1961, S.Brenner, F.Crick và L.Barnett đó phõn tớch chi tiết nhiều thể đột biến của phage T4 nhận được bằng cỏch xử lý acridin, tỏc nhõn gõy cỏc đột biến mất hoặc thờm một cặp bazơ, đó khẳng định mó di truyền là mó bộ ba (triplet code) đỳng như dự đoỏn. Như vậy, đơn vị mó (coding
unit) gồm ba nucleotide xỏc định một axit amin gọi là codon.
3.1. Giải mó di truyền
Việc tiếp theo là xỏc định xem mỗi axit amin cụ thểđược mó hoỏ bởi một hoặc một số bộ ba nào. Cũng trong năm 1961, M.Nirenberg và H. Matthaei lần đầu tiờn sử dụng mARN nhõn tạo cú thành phần bazơ biết trước được tổng hợp bằng enzyme polynucleotide phosphorylase (do Ochoa
tỡm ra năm 1959) và hệ thống tổng hợp là dịch chiết tế bào E. coli bao gồm đầy đủ cỏc yếu tố
(ribosome, tARN, axit amin, enzyme, ATP...) cần thiết cho tiến hành giải mó di truyền in vitro. Với mARN chỉ chứa toàn U, poly(U), chuỗi polypeptide sinh ra chỉ chứa toàn phenylalanine (Phe).
Điều đú chứng tỏ UUU là bộ ba mó hoỏ của Phe.
Sau đú, Gobind Khorana đó tiến hành cỏc thớ nghiệm sử dụng cỏc mARN tổng hợp cú chứa hai, ba hoặc bốn nucleotide được kết nối theo kiểu lặp lại để tiến hành giải mó. Vớ dụ: (i) Với mARN nhõn tạo chứa hai bazơ là poly(UC) hay UCUCUC..., sẽ chứa hai codon xen kẽ UCU và CUC (chỳ ý rằng sự dịch mó in vitro khởi đầu tại vị trớ ngẫu nhiờn). Kết quả là thu được một polypeptide gồm hai axit amin xen kẻ nhau là serin và leucin, poly(Ser-Leu); (ii) Với mARN tổng hợp gồm cỏc bộ ba lặp lại sẽđược dịch thành cỏc homopolypeptide. Vớ dụ, poly(UUC) cú thểđược
đọc là (UUC-UUC), hoặc (UCU-UCU), hoặc (CUU-CUU) tựy thuộc vào vị trớ bắt đầu dịch mó. Và kết quả là cú ba loại polypeptide được tổng hợp, poly(Phe) hoặc poly(Ser) hoặc poly(Leu) v.v.
Từ cỏc kết quả thu được bằng cỏch đú Khorana đó xỏc định được 'nghĩa' của phần lớn cỏc codon cú thành phần bazơ khụng đồng nhất, và việc giải toàn bộ hệ thống mó di truyền (genetic
code) được hoàn tất vào thỏng 6 năm 1966. Với cụng lao to lớn đú Khorana và Nirenberg được trao giải thưởng Nobel năm 1968. Từđõy cho phộp xõy dựng nờn bảng mó di truyền (Bảng 3.4) với cỏc
đặc tớnh được trỡnh bày dưới đõy.
Bảng 3.4. Mó di truyền (trờn mARN, chiều codon N1N2N3 là 5'→3')
Bảng mó tra thuận Bảng mó tra ngược
N1 N2 N3 A.amin Codon (5'→3')
U C A G Ala GCN
U
U Phe Leu Arg CGN + AGA, AGG
C Ser Asn AAU, AAC
A Tyr ■ ■ Asp GAU, GAC
G Cys ■ Trp Cys UGU, UGC
Gln CAA, CAG
C
U Leu Glu GAA, GAG
C Pro Gly GGN
A His Gln His CAU, CAC
G Arg Ile AUU, AUC, AUA
Leu CUN + UUA, UUG
A
U Ile Met► Lys AAA, AAG
C Thr Met (►) AUG
A Asn Lys Phe UUU, UUC
G Ser Arg Pro CCN
Ser UCN + AGU, AGC
G
U Val Thr ACN
C Ala Trp UGG
A Asp Glu Tyr UAU, UAC
G Gly Val GUN
KT (■) UAA, UAG, UGA
Chỳ thớch:
(1) N = U, C, A hoặc G
► : Codon mởđầu (MĐ) ■ : Codon kết thỳc (KT) (2) Viết tắt bằng ba chữ cỏi thụng dụng của cỏc axit amin.
Tờn đầy đủ Viết tắt Tờn đầy đủ Viết tắt
Alanine Ala Leucine Leu
Arginine Arg Lysine Lys
Aspartic acid Asp Methionine Met
Asparagine Asn Phenylalanine Phe
Cysteine Cys Proline Pro
Glutamic acid Glu Serine Ser
Glutamine Gln Threonine Thr
Histidine His Tyrosine Tyr
Isoleucine Ile Valine Val
Mở đầu MĐ (►) Kết thỳc KT (■)
3.2. Cỏc đặc tớnh của mó di truyền