- Mó di truyền là mó bộ ba (triplet code) Cỏc bộ ba cuả mARN gọi là codon (mó) và bộ ba
4. Tỏi bản ARN ở virus
4.1. Đặc điểm tỏi bản của cỏc bộ gen ARN virus
Ở cỏc virus cú bộ gen ARN, phương thức tỏi bản của chỳng rừ ràng là khỏc với cỏc hệ thống tỏi bản ADN đó biết. Trước hết, cỏc enzyme tổng hợp ARN khụng cần cú mồi (primer), vỡ vậy khụng cú cơ hội cho việc đọc sửa (proofreading). Ngoài ra, về mặt di truyền ARN là một phõn tử
kộm bền so với ADN bởi vỡ nhúm hydroxyl cú mặt ở nguyờn tử C2' của gốc đường cho phộp thủy phõn liờn kết phosphodiester giữa hai ribonucleotide và tạo thành liờn kết phosphodiester vũng giữa cỏc nhúm hydroxyl của C2' và C3' trong cựng một gốc đường; sau đú cấu trỳc vũng này mở ra và để
lại nhúm phosphate ở vị trớ C3'. Sự kết hợp của hai đặc điểm trờn là nguyờn nhõn làm hạn chế kớch thước cỏc bộ gen ARN. Cỏc bộ gen này khụng thể kộo dài như ADN, hoặc khụng thể trỏnh khỏi tỷ
lệ sai sút cao trong quỏ trỡnh tỏi bản (10-3-10-4). Trờn thực tế, bộ gen ARN lớn nhất được biết là một ARN mạch đơn với ~29.700 bazơở cỏc coronavirus (virus gõy dịch sốt viờm phổi cấp, SARS, với chủng gõy bệnh phổ biến là H5N1... từng gõy ra đại dịch toàn cầu vào năm 2002 ở một số nước chõu Á, Canada... là một thớ dụ). Đú cũng là lý do tại sao cỏc virus ARN cho nhiều biến thể khỏc nhau đến như vậy, mặc dự kớch thước bộ gen của chỳng khụng lớn. Một mặt, chỳng cú thể tiến húa nhanh để xõm nhập vào cỏc hệ thống miễn dịch của vật chủ. Và mặt khỏc, nú gõy khú khăn cho việc bào chế cỏc vaccine và thuốc chống lại cỏc biến thể của chỳng. Chớnh điều này mà cỏc virus ARN cú thể trở thành một mối hiểm họa thực sự cho nhõn loại, một thỏch thức đối với khoa học!
4.2. Tỏi bản của bộ gen ARN (ARN →→→→ ARN)
Kiểu truyền thụng tin trực tiếp từ ARN sang ARN xảy ra trong cỏc tế bào lõy nhiễm virus ARN (chẳng hạn virus đốm thuốc lỏ và nhiều virus thực vật khỏc, kể cả cỏc phage ARN như
MS2...). Bộ gen ARN của cỏc virus này cú mang gen mó hoỏ enzyme tỏi bản đặc thự. Sau khi được tổng hợp trong tế bào chủ, enzyme này sử dụng bản thõn ARN của virus làm khuụn để tổng hợp cỏc phõn tử ARN bổ sung. Đến lượt mỡnh cỏc ARN lại làm khuụn để tổng hợp trở lại cỏc phõn tử ARN của cỏc virus thế hệ con.
4.3. Phiờn mó ngược (ARN →→→→ cADN)
Phiờn mó ngược (reverse transcription) là phương thức sao chộp thụng tin di truyền từ ARN sang ADN, chỉ xảy ra trong cỏc tế bào động vật và người bị lõy nhiễm bởi một số virus mang một ARN sợi đơn cú khả năng gõy khối u hoặc hai phõn tử ARN như tong trường hợp HIV (Hỡnh 4.15). Cỏc virus này được gọi là retrovirus. Trờn mỗi sợi ARN lừi của cỏc virus này cú đớnh một enzyme phiờn mó ngược (reverse transcriptase = RTase), ngoài ra cũn cú enzyme integrase.
Khi xõm nhập vào tế bào chủ, enzyme RTase sử dụng ARN của virus làm khuụn để tổng hợp mạch ADN bổ sung (complementary DNA = cDNA hay cADN): ARN → cADN sợi đơn. Sau đú, sợi cADN này cú thể làm khuụn để tổng hợp trở lại bộ gen của virus (cADN → ARN) hoặc tổng hợp ra sợi ADN thứ hai bổ sung với nú (cADN sợi đơn → cADN sợi kộp) - như trong trường hợp virus gõy khối u - kết quả là tạo ra một cADN sợi kộp. Phõn tử cADN sợi kộp được tổng hợp trước tiờn trong quỏ trỡnh lõy nhiễm cú thể xen vào ADN của vật chủ (nhờ enzyme integrase). Trạng thỏi
tồn tại của cADN sợi kộp này trong bộ gen vật chủđược gọi là ADN tiền virus (DNA provirus). Vỡ
vậy, provirus được truyền lại cho cỏc tế bào con thụng qua sự tỏi bản của ADN vật chủ, nghĩa là cỏc tế bào con chỏu của vật chủ cũng rơi vào tỡnh trạng cú mầm bệnh ung thư. Cỏc tế bào này sẽ mất khả năng kiểm soỏt sự sinh trưởng và phõn chia bỡnh thường, dẫn tới tăng sinh tế bào rất nhanh và tạo ra khối u (tumor). Đú chớnh là cơ chế gõy ung thư bởi virus. Từ hiểu biết trờn đõy, người ta tinh chiết cỏc enzyme phiờn mó ngược ở cỏc retrovirus để phục vụ kỹ thuật tạo dũng cADN tỏi tổ hợp (Chương 8).
Hỡnh 4.15. Vi ảnh điện tử phúng đại phần bề mặt của HIV (A) Cỏc hoạt động của một retrovirus HIV trong tế bào người (B).
TểM TẮT
(1) Tỏi bản là đặc tớnh quan trọng nhất của vật chất di truyền, nhờđú cỏc loài bảo tồn được
đặc tớnh riờng của mỡnh. Tỏi bản ADN diễn ra theo kiểu bỏn bảo toàn và giỏn đoạn với sự tham gia của nhiểu enzyme, quan trọng nhất là cỏc ADN polymerase. Ở E. coli, cú 3 loại ADN polymerase I, II và III; trong đú Pol III là enzyme tỏi bản chớnh. Ở tế bào nhõn chuẩn cú 5 loại ADN polymerase (α, β, γ, δ và ε), trong đú cỏc polymerase ε, δ và α dường như tham gia tỏi bản ở cả hai sợi, α - tổng hợp mồi, ε - tổng hợp ở sợi dẫn đầu, và δ - tổng hợp ở sợi ra chậm, polymerase β đúng vai trũ sửa chữa ADN, cũn γ - tỏi bản ADN ty thể. Cỏc ADN polymerase chỉ cú thể bắt đầu tổng hợp ADN mới khi cú cỏc đoạn ARN ngắn làm mồi.
(2) Sự tỏi bản ADN ở cỏc tế bào nhõn sơ và nhõn chuẩn bắt đầu tại những vị trớ đặc thự trong ADN gọi là khởi điểm tỏi bản (Ori), từ đú mở xoắn tạo thành 2 chạc tỏi bản diễn tiến theo hai hướng ngược nhau. Mỗi khởi điểm cựng với hai chạc tỏi bản họp thành một đơn vị tỏi bản (replicon). Mỗi NST của vi khuẩn chỉ cú một khởi điểm tỏi bản, trong khi mỗi NST eukaryote cú nhiều khởi điểm.
(3) Sự tỏi bản tại mỗi chạc diễn ra theo kiểu nửa giỏn đoạn, nghĩa là một mạch được tổng hợp liờn tục gọi là mạch dẫn đầu và mạch kia khụng liờn tục cũn gọi là mạch ra chậm. Ở E. coli, mỗi
(4) Mỗi đầu mỳt của NST nhõn chuẩn cú trỡnh tự 6-8bp đặc thự, lặp lại gọi là telomere. Ở
người, đú là (TTAGGG)n. Sự tỏi bản cỏc đầu mỳt do telomerase thực hiện. Khỏc với cỏc tế bào sinh dục, cỏc tế bào soma khụng cú telomerase nờn cỏc telomere khụng được tỏi bản đầy đủ, vỡ vậy chỳng ngắn dần sau mỗi nguyờn phõn. Sau 40-60 lần phõn chia, cỏc tế bào soma dừng lại và bước vào giai đoạn lóo húa.
(5) Sự tỏi bản của một số virus ARN khỏc nhau là khụng giống nhau, cú thể là: ARN → ARN → ARN hoặc ARN → cADN → ARN.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP