SINH HOC PHÂN TỬ LƯƠNG PHẠM NGỌC LÂM Bài 1. SAO CHÉP DNA 1. Phân biệt sao chép, phiên mã và giải mã. Sao chép Phiên mã Giải mã Cơ chế Nhân đôi Truyền thông tin di truyền từ ADN đến ARN Truyền thông tin di truyền từ mARN đến polypeptide Vị trí Nhân Nhân Tế bào chất Sản phẩm ADN (con) Các loại ARN Polypeptide Kích thước sản phẩm Dài bằng gen mẹ mARN = gen Polypeptide ngắn hơn mARN Số lượng phân tử con tạo ra sau một lần sao chép, phiên mã, giải mã Tạo 2 phân tử ADN con Từ 1 gen ->1mARN Số polypeptide bằng số ribosom trượt trên 1 sợi Enzym chính tham gia trong 3 quá trình ADN polymerase ARN polymerase -Aminoacyl tARN synthetase -Peptidyl transferase Nguyên liệu 4 loại dNTP: ATP, TTP, GTP, CTP 4 loại dNTP: ATP, UTP, GTP, CTP Acid amin Tốc độ - -Prokaryote: 800 base/giây - -Eukaryote: 50 base/giây Prokaryote: 25 mARN/giây - ĐV: 7aa/giây - Vi khuẩn: 20aa/giây 2. Đặc điểm siêu xoán và dãn xoắn ở ADN vi khuẩn. - Siêu xoắn: + Trong tự nhiên, phân tử ADN được đóng gói rất chặt ở dạng siêu xoắn. + ADN vòng vẫn ở dạng siêu xoắn khi được chiết tách và tinh sạch -> hiện tượng siêu xoắn là trạng thái tự nhiên của ADN. + Nghiên cứu hiện tượng siêu xoắn nhờ topology (ngành khoa học nghiên cứu tính chất ổn định của đối tượng luôn biến đổi hình dạng) cho phép hiểu biết sâu hơn về cấu trúc và chức năng ADN. + ADN vòng thay đổi tính chất topology khi có sự đứt hoặc nối 1 hoặc cả 2 sợi ADN. - Dãn xoắn: + Phần lớn ADN tế bào ở dạng dãn xoắn chứa số xoắn ít hơn so với dạng dãn không tạo xoắn relaxed ở dạng cấu trúc ADN xoắn B. + Về nguyên tắc, 1 xoắn bị gỡ sẽ tách khoảng 10 bp, đặc biệt thể hiện ở sợi ADN dài với mức độ gỡ xoắn cao. + Dạng gỡ xoắn có tác dụng: • dễ dàng cho sự đóng gói ở dạng siêu xoắn • tách sợi phục vụ quá trình phiên mã + Chỉ ổn định ở dạng ADN vòng hay được gắn với protein giữ cho các sợi không tự do xoay quanh nhau + Xác định bằng chỉ số liên kết (Lk): là số lần một sợi ADN nào đó xuyên qua mặt phẳng của sợi kia, là số nguyên. + Xoắn hình thành ở dạng quay phải thì chỉ số liên kết là dương (+), ngược lại là âm (-). Chỉ số xoắn âm không phổ biến. + Hai dạng ADN vòng khác nhau chỉ số Lk được gọi là topoisomer.+ Dạng ADN gỡ xoắn giúp tách sợi và hình thành những đoạn ngắn ADN dạng Z quay trái (dạng B quay phải) 3. Chức năng sinh học và điều trị của Topoisomerase. - Chức năng sinh học: + Duy trì và ổn định trạng thái siêu xoắn. + Đa số cơ thể sống (trừ vi khuẩn chịu nhiệt và Archaea), ADN ở dạng siêu xoắn âm. + Ở vi sinh vật, mức độ siêu xoắn âm được điều hòa bù trừ bởi ADN gyrase và topoisomerase I. + Ở vi khuẩn chịu nhiệt và Archaea, reverse gyrase tạo siêu xoắn dương bảo vệ ADN không bị biến tính ở nhiệt độ cao. - Phục vụ điều trị: + Topoisomerase là đối tượng tác động của thuốc chữa bệnh. + ADN gyrase và topoisomerase IV là đối tượng tác động của 2 nhóm thuốc kháng vi khuẩn + Topoisomerase I và II là đối tượng tác động của nhiều loại thuốc chữa ung thư. + Thuốc coumarin là sản phẩm tự nhiên của nấm Streptomyces ức chế cạnh tranh với ATP gắn lên gyrase và topoisomerase IV. + Thuốc quinolone là thuốc tổng hợp có tác động bao vây phức enzyme với ADN ngăn không cho enzyme gỡ xoắn và phức sao chép di chuyển trên ADN, gây đứt sợi đôi ADN và gây chết tế bào. + Thuốc chống ung thư: Thuốc tác động lên topoisomerase ức chế phát triển tế bào nên có thể sử dụng cho mục đích điều trị bệnh ung thư. Quinolone tạo liên kết hóa trị hoặc nằm xen các gốc của AND. 4. Vì sao các base ATGC có kích thước khác nhau nhưng phân tử ADN vẫn có thể tự điều chỉnh cấu hình đối xứng qua trục. - Hai mạch đơn kết hợp với nhau nhờ các liên kết hydro hình thành giữa các base bổ sung nằm trên hai mạch: A bổ sung với T và C bổ sung với G. - Kích thước phân tử của A > T và G> C nên bù trừ cho nhau. 5. Nhờ vào đâu khi sao chép ADN tạo ra hai mạch mới giống mạch gốc. - Khi sao chép, hai mạch của phân tử ADN được tách ra do các liên kết hydro giữa các cặp base bị đứt, mỗi mạch làm khuôn cần thiết cho việc tổng hợp mạch cặp mới tương tự với mạch cặp trước đó. - Vì A phải bắt cặp với T và G phải luôn bắt cặp với C nên trình tự các nucleotide trên một mạch sẽ xác định chính xác trình tự đặc hiệu các nucleotide trên mạch bổ sung với nó. Sau đó nối các nucleotide mới lại thành mạch mới bổ sung. - Do đó, một phân tử ADN ban đầu tạo ra hai phân tử con giống hệt nhau. 6. Tính trạng di truyền được qua ADN, ARN hay protein? Giải thích. Tính trạng di truyền được qua ADN hay ARN (đối với virus) vì: - Theo học thuyết trung tâm ta biết “Thông tin khi đã chuyển sang protein thì không thể lấy ra lại được nữa”. Nghĩa là thông tin không thể chuyển ngược từ protein đến acid nucleic. Thông tin ở đây là trình tự chính xác các nucleotide của acid nucleic qui định trình tự acid amin của protein. Do đó, protein không giúp tính trạng di truyền được. - Thông tin có thể chuyển giữa các phân tử ADN thông qua sự sao chép, hoặc giữa phân tử ADN và ARN thông qua sự phiên mã, hoặc từ acid nucleic đến protein nhờ sự dịch mã. - Ngoài ra thông tin còn có thể di chuyển giữa ARN đến ARN trong quá trình sinh sản của các ARN virus hay quá trình xử lý cắt nối của ARN hoặc ngược lại từ ARN đến ADN trong quá trình phiên mã ngược của retrovirus. 7. Chứng minh cơ chế minh họa sao chép ADN qua thí nghiệm Meselson và Stahl là cơ chế bán bảo thủ. - Vi khuẩn được cho phát triển vài thế hệ trong môi trường đồng vị nitơ nặng (N15) để đảm bảo cho tất cả ADN vi khuển đều là loại nặng. - Sau đó, chuyển tế bào vào môi trường chứa nitơ nhẹ N14, như là nguồn cung cấp nitơ duy nhất và để cho phân chia trong môi trường N14. - Khi khối lượng ADN tăng lên gấp đôi, ADN được chiết ra khỏi tế bào và được ly tâm trên thang nồng độ cesium clorid:+ Nếu cơ chế bảo tồn được thực hiện, 2 băng ADN phải được thấy rõ sau khi ly tâm: một băng nguyên thủy (N15) và một băng chứa N14 + Nhưng kết quả thu được chỉ có một băng có tỷ trọng trung gian chứa N14,5 xuất hiện. Tiếp tục, đem ADN lai đun nóng rồi làm nguội nhanh để tách 2 mạch, ly tâm sẽ thấy 2 băng tương ứng với ADN N15 và N14. Do đó cơ chế sao chép ADN theo cơ chế bán bảo tồn: 2 mạch của phân tử AND mẹ làm khuôn để tổng hợp nên mạch con bổ sung, phân tử AND con có 1 sợi N15 và 1 sợi N14. 8. Các yếu tố cần thiết cho sao chép ADN ở E.coli - Khuôn mẫu (phân tử ban đầu): Các sợi AND tách ra: + Sợi AND có hướng 3’->5’ sẽ được sao chép trực tiếp bởi ADN-polymerase III tạo ra sợi con bổ sung gọi là sợi sớm. + Sợi AND có hướng 5’->3’ không được sao chép liên tục tạo ra bản sao gọi là sợi muộn. - Enzyme ADN-polymerase: đều có hoạt tính polymer hóa 5’->3’, gồm 3 loại: # ADN-polymerase III là enzyme sao chép chính của của E.coli: + gồm 7 đơn vị nhỏ: α, β, γ, δ, ε, θ và τ, cần cho sự sao chép ADN + ưa nhiệt nên không sao chép được ở nhiệt độ 42 0 C. + có hoạt tính exonuclease 3’->5’ và 5’->3’ # ADN-polymerase I: + Xóa mồi và lắp kín đoạn mồi bị cắt + Sửa chữa các ADN hư hỏng + Có hoạt tính exonuclease 3’->5’ và 5’->3’ # ADN-polymerase II: chưa rõ, chỉ có hoạt tính exonuclease 3’->5’ Ngoài ra có các enzyme khác: # Primase: Tổng hợp mồi ARN # Helicase: Tham gia tách mạch tạo chạc ba sao chép. Helicase sử dụng năng lượng từ thủy phân ATP để cắt đứt liên kết hydro. Gồm có 2 loại: @ Rep protein: Gắn vào AND gốc tổng hợp sợi sớm và di chuyển theo hướng 3’-5’ để tháo xoắn @ Helicase thứ hai: Gắn vào AND gốc tổng hợp sợi muộn và tháo xoắn # Topoisomerase: xúc tác tháo xoắn AND gồm 2 loại: @ Topoisomerase I: tháo dạng siêu xoắn bằng cách gắn vào phân tử AND và cắt 1 trong 2 mạch để tháo xoắn sau đó nối lại. @ Topoisomerase II: Tại vị trí đánh dấu bởi protein B, gyrase sẽ tác động, cắt AND làm tháo xoắn ra 2 phía protein B. Gyrase cắt tạm thời 2 chuỗi của AND tạo ra các dạng siêu xoắn âm. # Lygase: Nối các đoạn Okazaki sau khi thay thế các đoạn mồi ARN bằng cách xúc tác hình thành liên kết phosphodiester giữa các polynucleotide. Các protein khác tham gia sao chép: # Protein B: Nhận biết điểm khởi sự sao chép Ori # N-protein: Tạo phức hợp với primase để tạo thành primosome chức năng. N-protein nhận diện điểm Ori và cho phép primase hoạt động # SSB-protein: Gắn vào AND sợi đơn để giữ cho các sợi AND không chập lại với nhau để việc sao chép diễn ra dễ dàng. - 4 loại deoxyribonucleotide triphosphat (dNTP):ATP, GTP, CTP và TTP. Deoxyribonucleotide triphosphat gắn vào đầu 3’-OH của chuỗi AND đang sao chép và giải phóng pyrophosphat. Pyrophosphat thủy phân thành phosphat vô cơ. - Mg 2+ cần thiết cho hoạt động của ADN-polymerase. 9. Đặc điểm của ADN-polymerase ở E.coli về hoạt tính polymer hóa 5’->3’ và hoạt tính exonuclease? - E.coli có 3 loại ADN-polymerase I, II và III. Polymerase I II III Polymer hóa 5’->3’ + + + Hoạt tính exonuclease 5’->3’ 3’->5’ + - + + + + - Hoạt tính polymer hóa 5’->3’: thêm một nu từ 1 deoxyribonucleotide-5’- triphosphat vào nhóm 3’- hydroxy của chuỗi ADN - Hoạt tính exonuclease: thủy phân mạch đơn ADN của chuỗi từ đầu 3’ theo hướng 3’->5’ (hoạt tính exonuclease 3’->5’) hay từ đầu 5’ (hoạt tính exonuclease 5’->3’) 10. Đặc điểm của ADN polymerase của tế bào nhân thật về vị trí và hoạt tính polymer hóa 5’- >3’. - Ở nhân thật có 5 loại ADN-polymerase: α, β, γ, δ và ε. Polymerase Α β Γ δ ε Vị trí Nhân Nhân Ty thể Nhân Nhân Hoạt tính polymer hóa 5’->3’ Sao chép ADN nhiễm sắc thể (sợi muộn) Sửa chữa Sao chép ADN ty thể Sao chép ADN nhiễm sắc thể (sợi sớm) Sao chép ADN nhiễm sắc thể * So sánh ADN-polymarese của tế bào nhân thật và nhân nguyên thủy: - Giống nhau: +có cấu trúc đa phân tử - Khác nhau Tế bào nhân nguyên thủy Tế bào nhân thật có 3 loại ADN-polymerase: I, II và III: - AND-polymerase I: hoạt tính polymer hóa 5’-3’và exonuclease 3’->5’ và 5’->3’ - AND-polymerase II: hoạt tính polymer hóa 5’-3’và exonuclease 3’->5’ - AND-polymerase III: hoạt tính polymer hóa 5’-3’và exonuclease 3’->5’ và 5’->3’ có 5 loại ADN-polymerase: α, β, γ, δ và ε - AND-polymerase α: trong nhân và sao chép AND nhiễm sắc thể (sợi muộn) - AND-polymerase β: trong nhân và có vai trò sửa chữa - AND-polymerase γ: trong ty thể và sao chép AND ty thể - AND-polymerase δ: trong nhân và sao chép AND nhiễm sắc thể (sợi sớm) - AND-polymerase ε: trong nhân và sao chép AND nhiễm sắc thể trong tế bào chất trong nhân và ty thể 11. Điểm khởi đầu sao chép ADN. - Sự tổng hợp ADN của NST vi khuẩn luôn luôn bắt đầu ở cùng một điểm được gọi là vị trí Origin hay Ori, gồm 254 cặp base. - Ví dụ: ở E.coli, quá trình sao chép bắt đầu khi protein B nhận biết được điểm khởi sự sao chép OriC. 12. Sự sao chép ADN ở E.coli . Gồm 6 bước: - Protein B nhận biết được điểm khởi sự sao chép OriC - Enzyme gyrase (một loại enzyme topoisomerase) cắt ADN làm tháo xoắn cả 2 phía của protein B để 2 phân tử Helicase tham gia tách mạch tạo chạc ba sao chép. Helicase sử dụng năng lượng ATP để cắt các liên kết hydro.Protein làm căng mạch SSB gắn vào mạch đơn ADN để ổn định 2 mạch. - Tổng hợp mồi ARN từ 5-10 nu bằng cách: protein N (Dna C) gắn primase tạo ra mồi. các đoạn mồi ARN bị ADN-polymerase I cắt bỏ, lắp các nu của ADN vào chỗ trống và thực hiện polymer hóa hướng 5’->3’. - Tạo mạch ADN liên tục và các đoạn okazaki: +ADN-polymerase III gắn vào mạch khuôn có đầu 3’ và tổng hợp mạch liên tục gọi là sợi sớm (leading strADN). + ADN-polymerase III gắn vào mồi ARN và tổng hợp các đoạn ngắn 1000-2000 nu gọi là đoạn Okazaki. - Tách mồi bởi ADN-polymerase I, sau đó lắp các nu của ADN vào chỗ trống và thực hiện polymer hóa hướng 5’->3’. - Nối liền các đoạn Okazaki bằng ezyme ligase để tạo ra sợi ADN liên tục gọi là sợi muộn. 13. Phân biệt sợi sớm và sợi muộn. Giống nhau: - Được tổng hợp từ 2 mạch của cùng 1 phân tử ADN - Mạch liên tục sau khi kết thúc quá trình sao chép - Được tổng hợp bởi ADN-polymerase III Khác nhau: Sợi sớm Sợi muộn Mạch khuôn - Mạch khuôn có đầu 3’ - Mạch khuôn có đầu 5’ Hướng tổng hợp - Mạch 5’->3’ hướng vào chạc ba sao chép - Mạch 3’->5’ hướng ra ngoài chạc ba sao chép Mồi - Không cần - Cần mồi ARN Quá trình tổng hợp - Tổng hợp ngay mạch liên tục từ mạch khuôn - Đầu tiên tổng hợp các đoạn Okazaki sau đó cắt nối để trở thành mạch liên tục Thời gian tổng hợp - Được tổng hợp trước - Được tổng hợp chậm hơn 14. Cơ chế để sợi dẫn và sợi muộn được tổng hợp cùng chiều. - Các sợi ADN được tách ra và một sợi ADN có hướng 3’->5’ được sao chép trực tiếp bởi ADN- polymerase. Sợi con bổ sung vừa tạo được gọi là sợi dẫn. Sợi gốc còn lại có hướng 5’->3’, không được sao chép cho đến khi một phần của sợi gốc được tháo xoắn. Bản sao này được gọi là sợi muộn. Sợi muộn được tổng hợp bằng một quá trình sao chép không liên tục. - Sự sinh tổng hợp sợi muộn và sợi dẫn được điều hòa bởi sự tạo nút thắt (loop) của sợi muộn, nhờ đó sợi muộn cũng được tổng hợp cùng hướng với sợi sớm. 15. Kích thước đoạn Okazaki ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật. - Nhân thật: 40-300 nu - Nhân nguyên thủy: 1000-2000 nu 16. Vai trò của các enzyme trong sao chép. STT Enzyme Chức năng 1 Primase Tổng hợp mồi ARN 2 Rep protein Tháo xoắn sợi sớm 3 Helicase Tháo xoắn sợi chậm 4 AND polymerase III Tổng hợp AND 5 AND polymerase I Xóa mồi và lắp kín đoạn mồi bị cắt 6 AND topoisomerase I Cắt khía một sợi đơn AND 7 AND topoisomerase II Cắt khía cả hai sợi đơn AND 8 AND ligase Nối các đầu của polynucleotide đã hoàn thành 17. Mồi xuất phát khi nào? Nhờ vào đâu? Xuất xứ? Khi N-protein nhận biết vị trí cần tổng hợp sợi sớm hay sợi muộn. Primosome giải phóng primase để tổng hợp mồi. 18. Protein nhận diện vị trí ADN cho primase hoạt động. Protein nhận diện là N-protein, chọn các điểm (origin) trên ADN, tại đó primase có thể hoạt động. 19. Bản chất và kích thước của đoạn mồi. - Mồi ARN được tổng hợp bởi 1 enzyme đặc hiệu gọi là primase - Có thể kéo dài sự khởi động chuỗi de novo. - Kích thước: khoảng 5-10 base 20. Tốc độ di chuyển của chạc ba sao chép ở E.coli và tốc độ tháo xoắn của ADN gốc. - Tốc độ di chuyển của chạc ba sao chép ở E.coli: 800 base/giây - Tốc độ tháo xoắn của ADN gốc: 80 vòng/giây 21. Phân biệt siêu xoắn dương và siêu xoắn âm. Sự tháo xoắn ADN gây ra hiện tượng siêu xoắn: + Tháo xoắn sợi kép dẫn đến siêu xoắn âm (xoắn ngược chiều và làm giảm số vòng) + Xoắn thêm sẽ dẫn đến siêu xoắn dương (xoắn kép cùng chiều và số vòng tăng) 22. Vai trò của topoisomerase I và II. - Topoisomerase xúc tác gỡ xoắn và tạo xoắn AND làm thay đổi chỉ số Lk. - Topoisomerase có vai trò quan trọng trong sao chép và đóng gói AND. + Cơ chế sao chép bán bảo tồn cần của AND đòi hỏi các điểm cắt ở 1 sợi hoặc ở cả 2 sợi AND để tách chuỗi. + Sự đóng gói AND cần dạng siêu xoắn đặc hiệu. - Có 2 nhóm: + Topoisomerase I: cắt 1 trong 2 sợi ADN, cho sợi còn laị di chuyển qua sợi bị cắt và nối lại sợi vừa bị cắt làm thay đổi Lk (chỉ số liên kết)1 giá trị. + Topoisomerase II: cắt 2 sợi làm thay đổi Lk 2 giá trị. - Ví dụ: + Ở E.coli: có 4 loại topoisomerase (I đến IV): Loại I và III thuộc nhóm topoisomerase I xúc tác tạo thêm xoắn bằng cách gỡ siêu xoắn âm làm tăng Lk. Topoisomerase II hay ADN gyrase xúc tác gỡ xoắn làm giảm Lk, sử dụng năng lượng do ATP cung cấp và cắt đồng thời 2 sợi AND và cho phép 2 sợi còn lại di chuyển qua khe hở vừa tạo ra. + Tế bào eukaryote: cũng có 2 loại topoisomerase I và II. 23. Vai trò của các ADN polymerase ở tế bào nhân thật. Ở tế bào nhân thật có 5 loại ADN-polymerase: α, β, γ, δ và ε. Polymerase Α β γ δ ε Vị trí Nhân Nhân Ty thể Nhân Nhân Hoạt tính polymer hóa 5’->3’ Sao chép ADN nhiễm sắc thể (sợi muộn) Sửa chữa Sao chép ADN ty thể Sao chép ADN nhiễm sắc thể (sợi sớm) Sao chép ADN nhiễm sắc thể 24. Vai trò của Helicase. - Hỗ trợ cho sự tháo xoắn ADN gốc vì hai sợi đơn ADN không thể tự nhiên tách ra được. - Cần ATP như một cofactor để đi dọc theo sợi ADN làm tăng tốc độ tách hai sợi ADN. - Có 2 loại: + Rep-protein gắn với ADN gốc, trực tiếp tổng hợp sợi sớm và di chuyển theo hướng 3’->5’. + Helicase thứ hai: gắn với sợi khuôn kia để tổng hợp sợi chậm, tạo phức hợp với primase để tạo mồi ARN. Bài 2. CÁC LOẠI ARN 1. Vì sao ADN mang thông tin di truyền, nhưng bản thân nó lại không trực tiếp chỉ huy quá trình sinh tổng hợp protein?  ADN nhiễm sắc thể chỉ mang một bản sao duy nhất cho mỗi gen, trong khi tế bào có hàng nghìn phân tử protein cùng loại tồn tại.  Không phải tất cả các gen đều biểu hiện thành protein cùng lúc mà các gen khác nhau sẽ biểu hiện khác nhau tại mỗi thời điểm trong vòng đời của tế bào và tùy theo điều kiện môi trường. → Do vậy cần có cơ chế trung gian để khuếch đại thông tin di truyền từ ADN đến protein, đồng thời kiểm soát sự biểu hiện của gen theo nhu cầu của tế bào. 2. Các vai trò chủ yếu của ARN? - ARN tạo nên bộ máy sinh tổng hợp protein:  Trung gian truyền thông tin di truyền đến bộ máy sinh tổng hợp protein. Từ mỗi gen có thể có nhiều bản sao ARN để chỉ huy quá trình tổng hợp protein, đồng thời vòng đời của ARN ngắn nên sự biểu hiện của gen qua trung gian ARN dễ dàng được kiểm soát bởi nhu cầu của tế bào và điều kiện môi trường.  Tham gia cấu tạo ribosom.  Vận chuyển acid amin đến ribosom trong quá trình sinh tổng hợp protein. - ARN có thể ở dạng tự do hoặc gắn với protein thành các phức hợp nucleoprotein giữ nhiều vai trò quan trọng trong hoạt động sống của tế bào. - Có tới 7 loại ARN nhỏ khác nhau, trong đó có một số snARN có liên quan đến việc xử lý hnARN thành mARN chức năng. - Một vài loại ARN có cả ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật là thành phần của enzyme có chức năng xúc tác trực tiếp. 3. Các loại ARN trong tế bào? - mARN – ARN thông tin - rARN – ARN ribosom - tARN – ARN vận chuyển - pre-rARN (tiền rARN) là ARN được tổng hợp từ ADN, sau khi chúng được cắt nối sẽ trở thành rARN - pre- tARN (tiền tARN) là ARN được tổng hợp từ ADN, sau khi chúng được cắt nối sẽ trở thành tARN - hnARN – ARN nhân không đồng nhất, sẽ tạo mARN sau khi được cắt nối. - snARN – ARN nhân nhỏ - scARN – ARN tế bào chất nhỏ 4. ARN ribosom: cấu trúc, vai trò. - rARN là thành phần cấu tạo ribosom, chiếm phân nửa khối lượng của ribosom. - Mỗi một ribosom có Mr = 2.5 - 4.5 x 10 6 . - Có 3 loại ribosom khác nhau phân biệt dựa vào hệ số lắng khi siêu ly tâm: + ribosom của tế bào nhân nguyên thủy và lục lạp = 70S + tế bào nhân thật = 80S + ty thể động vật có vú = 50S - Tất cả ribosom đều được cấu tạo bởi 2 tiểu đơn vị có chức năng và cấu trúc riêng biệt, các tiểu đơn vị này có thể tách ra và gắn lại với nhau một cách thuận nghịch tùy theo nồng độ của Mg 2+ - Ribosom của tế bào nhân nguyên thủy = 70S gồm: + đơn vị lớn 50S chứa 1rARN 23S và 1rARN 5S, và 34 protein + đơn vị nhỏ 30S: 1rARN 16S và 21-23 protein - Ribosom của tế bào nhân thật = 80S gồm: + đơn vị lớn 60S: 1rARN 28S, 1rARN 5.8 và 1rARN 5S và 45 protein + đơn vị nhỏ 40S: 1rARN 18S và 33 protein 5. ARN ribosom của E.coli? - Có 7 vùng mã hóa cho rARN trên NST: rrn - Mỗi rrn mang các gen theo thứ tự 16S-23S-5S - 1 sợi pre-rARN được phiên mã từ rrn - Pre-rARN được cắt để tạo thành các rARN tương ứng. - Cấu tạo ribosom: 50S+30S: + 50S: 2 rARN (23S+5S) 34 protein được đặt tên từ L 1 -L 34 + 30S: 1 rARN (16S) 21 protein được đặt tên từ S 1 -S 21 - Các protein ribosom có khối lượng tương đối nhỏ và chứa nhiều acid amin base. - Các protein của ribosom có các trình tự bậc 1 khác nhau, ngoại trừ L 7 , L 12 và L 8 . + L 7 là một dạng aminoacetyl hóa L 12 + L 8 là phức hợp của một phân tử L 10 liên kết với L 7 và L 12 . 6. Sự methyl hóa nucleotide ở rARN của E.coli . - Methyl hóa nucleotide là một đặc tính cấu trúc bậc 1 của rARN - Xảy ra sau khi phiên mã - Xúc tác bởi ARN-methylase - Cơ chất cung cấp methyl là S-Adenosyl Methionin (SAM) - rARN của tế bào nhân nguyên thủy và bào quan: methyl hóa base khởi đầu (5-methylcytosin) - rARN của tế bào nhân thật: methyl hóa ở vị trí 2 ’ của đường ribose (2 ’ -O-methyladenosyl) - Sự methyl hóa đóng vai trò biến đổi bản sao sơ cấp của rARN. - Vị trí methyl hóa được bảo tồn. 7. Sự biến đổi của rARN ở tế bào nhân thật. Thí dụ sự biến đổi của rARN ở tế bào Hela. - Pre-rARN 45S là bản sao của các gen ARN-ribosom. - rARN 45s được biến đổi do đưa vào khoảng 110 nhóm methyl ở các nucleotide đặc hiệu. Những phần methyl hóa đều được bảo tồn ở rARN trưởng thành. - Hàng loạt diễn biến trong và ngoài nhân đã tạo ra được các tiền thể trung gian 32S và 20S từ pre- rARN 45S + pre-rARN 32S cắt nối thành 28S và 5.8S + pre- rARN 20S thành 18S - Gen mã hóa cho 5S nằm riêng 8. Sự biến đổi của rARN ở tế bào nhân nguyên thủy. - pre-rARN gồm rARN 16S–23S-5S - Gen rARN chứa 2 chuỗi tARN hay nhiều hơn - Sự phân cắt đầu tiên của pre-rARN được xúc tác bởi ARNse III đặc hiệu cho ARN mạch kép. 9. Cấu trúc và vai trò của ARN vận chuyển. a. Cấu trúc: - Dài 73-93 nucleotid - Cấu trúc gồm một mạch cuộn lại như hình là chẻ ba: + Đầu tận cùng 5’ phosphate + Nhánh gắn acid amin: gồm 7 cặp base # Các nucleotide đầu tận cùng 3’ có –OH tự do để gắn acid amin # Các cặp base có thể không theo trình tự bổ sung + Đuôi CCA: trình tự CCA tại 3’ giúp enzyme nhận biết tARN khi dịch mã + Vòng D: gồm 4 cặp base, chứa dihydrouridine + Vòng đối mã: gồm 5 cặp base đối mã. Mỗi tARN mang 1 bộ ba đối mã đặc hiệu của 1 hay nhiều codon mã hóa cho 1 aa. + Vòng T: gồm 5 cặp base, chứa trình tự TψC + Các base biến đổi: khác với A, U, G, C: • I = Inosine • T = Ribothymidine • Ψ = pseudouridine • m 1 G = methyl guanosine • m 2 2 G = dimethylguanosine • m 1 I = methylinosine • D = dihydrouridine b. Chức năng: Các enzyme đặc hiệu là aminoacyl tARN syntretase gắn mỗi acid amin với tARN tương ứng nhờ năng lượng ATP tạo ra aminoacyl-tARN. Phức hợp này đến ribosom gắn với mARN. tARN gắn với mARN bằng sự bắt cặp bổ sung nhờ đối mã. 10. Sự biến đổi của tARN ở E.coli . Vai trò của RNase P. - tARN được cắt ra từ phân tử dài hơn nhờ RNase P. - Các phản ứng biến đổi: • Aminoacyl hóa • Formyl hóa tARN mở đầu (tế bào nhân nguyên thủy) • Gắn những yếu tố nối dài • Gắn ribosom • Nhận diện codon-anticodon - Các gen của tARN thường được phát hiện trong các operon hỗn hợp cùng lúc mã hóa cho 4 tARN (tARNTỷ, tARNThr, tARNGly, tARNThr) và mARN cho sự tổng hợp protein – yếu tố nối dài Tu. - Thủy giải đầu tiên của bản sao sơ cấp được xúc tác bởi ARNse tạo các đầu tận cùng 5’ của phân tử tARN. - tARN có trình tự cuối là CCA – OH phiên mã từ các base bổ sung có trong ADN của NST. - RNase P: + Là một enzyme, gồm 1 ARN có 375 nucleotide và 1 protein có trọng lượng phân tử 20000 + Trong các điều kiện dinh lý, cả 2 thành phần protein và ARN đều cần những yếu tố để hoạt động, nhưng khi nồng độ Mg 2+ cao thì chỉ có thành phần ARN có hoạt tính xúc tác. + Theo sau hoạt động của ARNse P, một số phản ứng trong nhân và biến đổi base sẽ tạo nên tARN hoàn chỉnh. 11. Các phản ứng xử lý tARN. - Aminoacyl hóa - Formyl hóa tARN mở đầu (tế bào nhân nguyên thủy) - Gắn những yếu tố nối dài - Gắn ribosom - Nhận diện codon-anticodon 12. Cấu trúc và vai trò của mARN ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật. Giống nhau: - Phân tử mARN gồm 3 phần: + Đoạn 5’ không mã hóa (5’ UTR) + Vùng mã hóa + Đoạn 3’ không mã hóa (5’ UTR) - Đoạn 5’ và 3’ là trình tự khởi đầu và kết thúc không được dịch mã, do đó mARN chứa trình tự nucleotide nhiều hơn số được dùng để mã hóa protein. - 5’UTR và 3’UTR có tác dụng: + Làm gia tăng hay giảm độ ổn định của phân tử ARN + Giúp phân tử ARN tồn tại lâu hơn trong tế bào chất, do vậy sẽ tổng hợp được nhiều protein hơn. + Thúc đẩy quá trình dịch mã hiệu quả hơn Khác nhau: Tế bào nhân nguyên thủy Tế bào nhân thật - mARN là polycistron - Dịch mã xảy ra ngay khi đang phiên mã - Thời gian bán hủy ngắn trung bình 2 phút - Hầu như không bị biến đổi - mARN là monocistron - Dịch mã xảy ra sau khi phiên mã hoàn tất - Thời gian bán hủy dài hơn từ 30 phút đến 24 giờ - Pre-mARN bị biến đổi: + Gắn chóp vào đầu 5’ + Gắn đuôi poly A vào đầu 3’ + Methyl hóa 13. Gắn chóp và gắn đuôi mARN của tế bào nhân thật? a. Gắn chóp: - Enzyme phosphohydrolase cắt liên kết γ – phosphodiester, loại bỏ α và β phosphat. - Tiếp theo, enzym guanylyltransferase gắn guanine và α phosphate vào β phosphate của đầu 5’ bằng liên kết 5’-5’ triphosphat. - Sau đó, vị trí N-7 của guanine sẽ bị methyl hóa do enzyme guanin-7-methyltranferase.(Chóp 0) - Cuối cùng, enzym 2’-O-methyltransferase sẽ methyl hóa vị trí 2’ của đường ribose.( Chóp 1) - Phản ứng methyl hóa chóp có thể xảy ra theo 1 trong 3 cách: +Chóp 0: nhóm methyl gắn vào vị trí G7 di enzyme guanine-7-methyl transferase xúc tác. Phản ứng này xảy ra ở tất cả mARN tế bào nhân thật. +Chóp 1: nhóm methyl gắn vào vị trí 2’-OH đường ribose của nucleotide đầu tiên. Phản ứng do enzyme 2’-O-methyl transferase xúc tác, xảy ra hầu hết mARN tế bào nhân thật +Chóp 2: phản ứng methyl hóa xảy ra ở nucleotide thứ 2 với tỉ lệ 10-15%. +Ngoài ra còn có quá trình methyl hóa nội phân tử xảy ra tại vị trí N6 của adenine với tần suất 0,1%. - Chức năng: + Bảo vệ phân tử ARN không bị cắt liên kết phosphoester do các phân tử hydro lân cận. + Dấu hiệu nhận biết vị trí gắn của mARN trên ribosom khi dịch mã b. Gắn đuôi poly A vào đầu 3’: - Đuôi poly A gắn vào đầu 3’ ở động vật có vú: khoảng 50-250, nấm men khoảng 100 Adenin. - Đuôi poly A gắn vào pre-mARN có trình tự nhận diện AAUAAA - Quá trình này do enzyme poly A polymerase xúc tác. - Chức năng: + Giúp mARN từ nhân ra tế bào chất + Xác định số lần mARN được dịch mã + Bảo vệ phân tử ARN + Gắn với ribosom 16. Cấu trúc và vai trò của ARN nhân nhỏ, ARN tế bào chất nhỏ. - snARN và scARN phức hợp với các protein đặc hiệu tạo các hạt ribonucleoprotein (RNP) được gọi là snRNP hay scRNP - snRNP tạo thành spliceosom xúc tác việc cắt nối pre-mARN thành mARN. - Có 7 loại snRNP từ U 1 đến U 7 : + U 1 và U 2 : sửa đổi hnARN thành mARN hoàn chỉnh. + U 3 : sửa đổi pre-rARN thành rARN tế bào chất. ARN có khả năng xúc tác được gọi là rybozyme. - scARN có vai trò biết rõ nhất là 7SL ARN: + một thành phần của phức hợp nhận diện tín hiệu xuất SRP. + SRP gồm: 1 scARN có chứa 294 nucleotide và 6 polypeptide có Mr = 9000-72000. + Khi mARN của protein xuất bắt đầu được dịch mã, SRP tương tác đặc hiệu với đoạn peptid tín hiệu xuất của protein mới sinh và với ribosom, ngăn chặn sự dịch mã đến khi ribosom tiếp xúc với lưới nội chất, khi đó nó rời khỏi ribosom và tín hiệu xuất của protein mới sinh gắn vào bộ máy chuyển vị protein trên màng lưới nội chất và sự tổng hợp protein được tiếp tục, protein sinh ra được chuyển vào trong lưới nội chất. 22. Vai trò xúc tác của snRNP trong quá trình cắt nối mARN. [...]... + Tiểu đơn vị lớn: gồm 2 phân tử rARN (23S và 5S) và 34 phân tử protein + Tiểu đơn vị nhỏ: có 1 rARN 16S và 21 phân tử protein + rARN có cấu trúc không gian phức tạp do nhiều đoạn bắt cặp với nhau nhờ có trình tự nucleotide bổ sung - Ribosom ở tế bào nhân thật: gồm 2 tiểu đơn vị, cấu tạo bởi rARN và protein: + Tiểu đơn vị lớn: gồm 3 phân tử rARN (28S, 5.8S và 5S) và 45 phân tử protein + Tiểu đơn vị... + một lần phân bào + một giao tử + một tế bào trong một thế hệ 3 Ứng dụng kĩ thuật cảm ứng Kĩ thuật cảm ứng đột biến đã được sử dụng: + Trong cây trồng và vật nuôi để tạo ra các chủng mới + Trong công nghệ vi sinh học hiện đại để tạo ra các chủng vi sinh vật làm tăng năng suất và tạo ra sản phẩm mới 4 Phân biệt đột biến điểm và đột biến đa điểm về nguyên nhân và hậu quả Nguyên nhân Hậu quả Tính hồi... Sai sót ước tính ở tỉ lệ 1/3000 gốc acid amin được kết hợp và thường những lỗi này được định vị mà không quan trọng đối với cấu trúc hoặc chức năng của protein * So sánh sự dịch mã ở tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật: Tế bào nhân nguyên thủy Ribosom: gồm 2 tiểu đơn vị + Tiểu đơn vị lớn: gồm 2 phân tử rARN (23S và 5S) và 34 phân tử protein + Tiểu đơn vị nhỏ: có 1 rARN 16S và 21 phân tử protein... Gắn Met-tARN (hoặc fMet-tARN) vào ribosom thành phức hợp với GTP + IF-3: Ngăn cản sự kết nối của các tiểu đơn vị Tế bào nhân thật + Tiểu đơn vị lớn: gồm 3 phân tử rARN (28S, 5.8S và 5S) và 45 phân tử protein + Tiểu đơn vị nhỏ: có 1 rARN 18S và 33 phân tử protein Dịch mã xảy ra khi phiên mã hoàn tất nên tốc độ tổng hợp protein chậm, dịch mã xảy ra trong tế bào chất còn phiên mã diễn ra trong nhân + có... hoạt hóa - Pyrophosphat tạo ra bị thủy giải thành 2 phân tử phosphat vô cơ Phản ứng này tạo ra một năng lượng thủy giải tự do tương đối cao, đẩy phản ứng theo chiều tạo aminoacyl-AMP trung gian Bước 2: Hình thành aminoacyl-tARN: Aminoacyl-AMP được chuyển tới phân tử tARN tương ứng bằng synthase 6 Các tARN và các codon khởi đầu Trình tự mã của phân tử mARN được khởi đầu với bộ ba AUG, rất hiếm hoi các... các phân tử ADN khác nhau làm mất nu - Các tác nhân chèn vào ADN ( làm lệch khung): Các chất proflavin, cam acridin, ethidium bromide là các phân tử đa vòng phẳng tương tác với các base của ADN và chèn vào giữa chúng Sự chèn làm “dãn” sợi đôi ADN và ADN polymerase bị “đánh lừa” chèn base vào đối diện nhiều hơn bình thường, làm lệch khung ADN tạo thành - Các tác nhân thay đổi cấu trúc ADN: - Các phân tử. .. phân tử ADN khác nhau làm mất nu + Các tác nhân chèn vào ADN ( làm lệch khung): Các chất proflavin, cam acridin, ethidium bromide là các phân tử đa vòng phẳng tương tác với các base của ADN và chèn vào giữa chúng Sự chèn làm “dãn” sợi đôi ADN và ADN polymerase bị “đánh lừa” chèn base vào đối diện nhiều hơn bình thường, làm lệch khung ADN tạo thành + Các tác nhân thay đổi cấu trúc ADN: 28 Các phân tử. .. một hoặc các phân tử ADN khác nhau làm mất nu 14 Các tác nhân hóa học chèn vào ADN làm lệch khung - Các chất proflavin, cam acridin, ethidium bromide là các phân tử đa vòng phẳng tương tác với các base của ADN và chèn vào giữa chúng - Sự chèn làm “dãn” sợi đôi ADN và ADN polymerase bị “đánh lừa” chèn base vào đối diện nhiều hơn bình thường, làm lệch khung ADN tạo thành 15 Các tác nhân hóa học làm thay... biến tính tách rời 2 mạch ở một đoạn để bắt cặp với một đoạn ADN của tế bào cho S vừa chui vào - Sao chép: sau khi bắt cặp tạo đoạn lai R-S, phân tử ADN sao chép tạo ra 2 sợi, một sợi kép R-R và một sợi kép khác có mang đoạn ADN tế bào nhận S-S 13 Tải nạp là gì? Tải nạp là hiện tượng chuyển ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận nhờ thực khuẩn thể 14 Hai điều kiện sinh sản của phage Phage có 2 cơ chế sinh. .. chóp và tháo xoắn mARN (chưa rõ có bao nhiêu phân tử ATP được sử dụng) GTP -> GDP + Pi, kết hợp với EF-1 GTP -> GDP + Pi, kết hợp với EF-2 GTP -> GDP + Pi Bài 5 ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG GEN 1 Các giai đoạn điều hòa quá trình tổng hợp protein - Thời kì chuẩn bị sao chép bộ gen - Phiên mã nghĩa là sinh tổng hợp các ARN - Thời kì kết thúc- dịch mã tạo ra những phân tử protein 2 Định nghĩa điều hòa dương, điều . mạch mới bổ sung. - Do đó, một phân tử ADN ban đầu tạo ra hai phân tử con giống hệt nhau. 6. Tính trạng di truyền được qua ADN, ARN hay protein? Giải thích. Tính trạng di truyền được qua ADN. mạch của phân tử AND mẹ làm khuôn để tổng hợp nên mạch con bổ sung, phân tử AND con có 1 sợi N15 và 1 sợi N14. 8. Các yếu tố cần thiết cho sao chép ADN ở E.coli - Khuôn mẫu (phân tử ban đầu):. quá trình methyl hóa nội phân tử xảy ra tại vị trí N6 của adenine với tần suất 0,1%. - Chức năng: + Bảo vệ phân tử ARN không bị cắt liên kết phosphoester do các phân tử hydro lân cận. + Dấu