Lý thuyết Sinh 12 Bài 2. Phiên mã và dịch mã (ngắn nhất) | Myphamthucuc.vn

Bài 2. Phiên mã và dịch mã

A. ARN và quá trình phiên mã

I. ARN

1. Cấu tạo hóa học của ARN

Tương tự như phân tử ADN thì ARN là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các ribônuclêôtit.

Mỗi đơn phân (ribônuclêôtit) gồm 3 thành phần:

1 gốc bazơ nitơ (A, U, G, X) khác ở phân tử ADN  là không có T.  

1 gốc đường ribôzơ (C5H10O5), ở ADN có gốc đường đêôxiribôzơ (C5H10O4)

1 gốc axit phôtphoric (H3PO4).

ARN có cấu trúc chỉ gồm một chuỗi poliribônuclêôtit. Số ribônuclêôtit trong ARN bằng một nửa nuclêôtit trong phân tử ADN tổng hợp ra nó.

2. Các loại ARN và chức năng

Có 3 loại ARN là mARN, tARN và rARN thực hiện các chức năng khác nhau.

mARN cấu tạo từ một chuỗi poliribônuclêôtit dưới dạng mạch thẳng, mARN có chức năng truyền đạt thông tin di truyền từ mạch gốc trên ADN đến chuỗi polipeptit. Các chuỗi polipeptit sẽ tạo thành prôtêin.

tARN có cấu trúc với 3 thuỳ, trong đó có một thuỳ mang bộ ba đối mã có trình tự bổ sung với 1 bộ ba mã hóa axit amin trên phân tử mARN, tARN có chức năng vận chuyển axit amin tới ribôxôm để tổng hợp nên chuỗi polipetit.

rARN có cấu trúc mạch đơn nhưng nhiều vùng các nuclêôtit liên kết bổ sung với nhau tạo các vùng xoắn kép cục bộ. rARN liên kết với các protein tạo nên các riboxom. rARN là loại ARN có cấu trúc có nhiếu liên kết hidro trong phân tử nhất và chiếm số lượng lớn nhất trong tế bào.

II. Phiên mã

1. Khái niệm

Phiên mã là quá trình tổng hợp phân tử ARN từ mạch mã gôc của gen. Bản chất của quá trình phiên mã là truyền đạt thông tin trên mạch mã gốc sang phân tử ARN.

Quá trình này diễn ra trong nhân, ở kì trung gian của tế bào giữa 2 lần phân bào, lúc NST đang giãn xoắn. 

2. Cơ chế phiên mã 

a) Các thành phần tham gia vào quá trình phiên mã

Mạch mã gốc của gen mang thông tin tổng hợp phân tử ARN

Nguyên liệu để tổng hợp mạch là các ribonucleotit tự do trong môi trường (U, A,G,X)

ARN polimeaza nhận biết điểm khởi đầu phiên mã trên mạch mã gốc, bám vào và liên kết với mạch mã gốc, tháo xoắn phân tử ADN → lộ ra mạch mã gốc, tổng hợp nên mạch ARN mới.

b) Diễn biến 

Quá trình phiên mã diễn ra theo các bước:

Bước 1. Khởi đầu:

Enzym ARN pôlimeraza bám vào vùng điều hoà làm gen tháo xoắn để lộ ra mạch gốc có chiều 3’→ 5’ và bắt đầu tổng hợp mARN tại vị trí đặc hiệu.

Bước 2. Kéo dài chuỗi ARN:

Enzym ARN pôlimeraza trượt dọc theo mạch gốc trên gen có chiều 3’ → 5’ và gắn các nuclêôtit trong môi trường nội bào liên kết với các nuclêôtit trên mạch gốc theo nguyên tắc bổ sung: Agốc – Umôi trường, Tgốc – Amôi trường, Ggốc – Xmôi trường, Xgốc – Gmôi trường, để tổng hợp nên mARN theo chiều  5’ → 3’.

Vùng nào trên gen vừa phiên mã xong thì 2 mạch đơn của gen đóng xoắn ngay lại.

Bước 3. Kết thúc:

Khi enzym di chuyển đến cuối gen, gặp tín hiệu kết thúc thì quá trình phiên mã dừng lại, phân tử ARN được giải phóng. 

Do gen ở sinh vật nhân sơ có vùng mã hóa liên tục nên mARN sau phiên mã được dùng trực tiếp làm khuôn tổng hợp prôtêin.

Ở sinh vật nhân thực, do vùng mã hóa của gen không liên tục nên mARN sau phiên mã phải cắt bỏ các đoạn intron, nối các đoạn êxôn tạo mARN trưởng thành rồi đi qua màng nhân ra tế bào chất làm khuôn tổng hợp chuỗi polipeptit.

Kết quả: 1 lần phiên mã 1 gen tổng hợp nên 1 phân tử ARN, có trình tự giống với mARN bổ sung nhưng thay T bằng U.

Ý nghĩa: hình thành các loại ARN tham gia trực tiếp vào quá trình sinh tổng hợp prôtêin quy định tính trạng.

B. Dịch mã

1. KHÁI NIỆM VÀ CÁC THÀNH PHẦN THAM GIA VÀO QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ

Quá trình dịch mã (giải mã) là quá trình tổng hợp chuỗi polipeptit (prôtêin) diễn ra trong tế bào chất.

Các thành phần tham gia:

Mạch khuôn mARN mang thông tin mã hóa axit amin (a.a).

Nguyên liệu gồm 20 loại a.a tham gia vào quá trình trổng hợp chuỗi polipeptit.

tARN và riboxom hoàn chỉnh (tiểu phần bé, tiểu phấn lớn liên kết với nhau). 

Các loại enzyme hình thành liên kết gắn a.a với nhau và a.a với tARN. 

2. DIẾN BIẾN QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ

Quá trình dịch mã có thể chia ra làm hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Hoạt hoá axit amin

Dưới tác động của 1 số enzim, các a.a tự do trong môi trường nội bào được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất ATP:       a.a + ATP → a.a hoạt hoá

Nhờ tác dụng của enzim đặc hiệu, a.a được hoạt hoá liên kết với tARN tương ứng→ phức hợp a.a – tARN:   a.a hoạt hoá + tARN → Phức hợp a.a – tARN

Giai đoạn 2: Tổng hợp chuỗi pôlipeptit 

Quá trình tổng hợp chuỗi polipeptit diễn ra theo ba bước: 

Bước 1. Mở đầu

Tiểu đơn vị bé của ribôxôm gắn với mARN ở vị trí nhận biết đặc hiệu (gần bộ ba mở đầu) và di chuyển đến bộ ba mở đầu (AUG). Ở sinh vật nhân thực bộ ba AUG mã hóa cho a.a Methionin còn ở sinh vật nhân sơ mã AUG mã hóa cho a.a foocmin Methionin.

a. a mở đầu – tARN tiến vào bộ ba mở đầu (đối mã của nó – UAX- khớp với mã mở đầu – AUG – trên mARN theo nguyên tắc bổ sung), sau đó tiểu phần lớn gắn vào tạo ribôxôm hoàn chỉnh.

Bước 2. Kéo dài chuỗi polipeptit

Phức hợp aa1 – tARN vào ribôxôm khớp bổ sung đối mã với côđon tiếp sau mã mở đầu trên mARN, 1 liên kết peptit được hình thành giữa aa mở đầu và aa1.

Ribôxôm dịch chuyển qua côđon tiếp theo, tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm, phức hợp aa2 – tARN vào ribôxôm khớp bổ sung đối mã với côđon đó, 1 liên kết peptit nữa được hình thành giữa aa1 và aa2.

Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với mã kết thúc (UGA, UAG hay UAA). 

Bước 3. Kết thúc

Khi ribôxôm chuyển dịch sang bộ ba kết thúc (UAA, UAG, UGA) thì quá trình dịch mã ngừng lại, 2 tiểu phần của ribôxôm tách nhau ra. Một enzim đặc hiệu loại bỏ axit amin mở đầu và giải phóng chuỗi pôlipeptit, quá trình dịch mã hoàn tất.

Kết quả: 

Từ một phân tử mARN trưởng thành có 1 riboxom trượt qua sẽ tạo thành một chuỗi polipeptit cấu trúc bậc 1 hoàn chỉnh.

Chuỗi polipeptit sau khi được tổng hợp thì tiếp tục biến đổi để hình thành các cấu trúc bậc 2, 3, 4 để thực hiện các chức năng sinh học. 

Chú ý: Trong dịch mã, mARN thường không gắn với từng riboxom riêng rẽ mà đồng thời gắn với một nhóm ribôxôm (pôliribôxôm hay pôlixôm) giúp tăng hiệu suất tổng hợp.

Ý nghĩa 

Từ trình tự sắp xếp các nucleotit trên mARN được chuyển đổi thành trình tự sắp xếp các a.a trong chuỗi polipeptit.

Từ thông tin di truyền trong nhân được biểu hiện thành các tính trạng ở bên ngoài kiểu hình.