TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA SINH HỌC ∗∗∗ ĐINH THỊ NHƯ THỦY MÃ SỐ: C13003254 HỌC THUYẾT TRUNG TÂM (Tiểu luận môn Sinh Học Phân Tử) Người hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Bá Lộc Huế, 01.2014 2 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 PHẦN I: MỞ ĐẦU 2 PHẦN II: NỘI DUNG 4 1. Khái niệm: 6 2. Các vấn đề liên quan: 6 2.1. Tái bản ADN: 6 2.1.1. Các hình thức tổng hợp ADN: 6 2.1.1.1. Tổng hợp bảo thủ: 6 2.1.1.2. Tổng hợp bán bảo thủ: 6 2.1.1.3. Tổng hợp gián đoạn: 6 2.1.2. Các yếu tố tham gia tái bản: 7 2.1.2.1. ADN khuôn: 7 2.1.2.2. Nguyên liệu: các nu thường 7 2.1.2.3. Hệ enzim tái bản: 8 2.1.2.3.1. DNA polymerase : 8 2.1.2.3.2. Các topoisomer và DNA topoisomerase : 8 2.1.2.3.3. Helicase và protein SSB: 9 2.1.2.3.4. DNA ligase: 10 2.1.3. Cơ chế tái bản: 11 2.1.3.1. Giai đoạn mở đầu: 12 2.1.3.2. Giai đoạn kéo dài: 12 2.1.3.3. Giai đoạn kết thúc: ` 13 2.2. Phiên mã (sao mã): 14 2 3 2.2.1. Các yếu tố tham gia: 14 2.2.1.1. Khuôn: 14 2.2.1.2. Nguyên liệu: 14 2.2.1.3. Enzim: 14 2.2.1.4. Các yếu tố khác: 15 2.2.2. Cơ chế: 15 2.2.2.1. Phiên mã ở Prokaryote: 15 2.2.2.1.1. Giai đoạn mở đầu: 15 2.2.2.1.2. Giai đoạn kéo dài: 15 2.2.2.1.3. Giai đoạn kết thúc: 16 2.2.2.2. Phiên mã ở Eukaryote: 17 2.2.2.2.1. ARN polymerase: 17 2.2.2.2.2. Các vùng điều hòa phiên mã: 17 2.2.2.2.3. Sự phiên mã của gen cấu trúc và hoàn thiện các bản sao ARNm: 17 2.3. Dịch mã (giải mã): 18 2.3.1. Hoạt hóa amino acid: 18 2.3.2. Cơ chế dịch mã: 18 2.3.2.1. Giai đoạn mở đầu: 18 2.3.2.2. Giai đoạn kéo dài: 19 2.3.2.3. Giai đoạn kết thúc: 19 2.2.3. Hoàn thiện phân tử protein: 20 3. Các ngoại lệ của thuyết trung tâm: 21 3.1. Phiên mã ngược: 21 3 4 3.2. Nhân đôi ARN: 21 3.3. Dịch mã trực tiếp từ ADN sang protein: 22 3.4. Sự nhân lên của protein: 22 PHẦN III: KẾT LUẬN 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 4 5 PHẦN I: MỞ ĐẦU Tổng hợp protein có các đặc điểm sau: - Các phân tử thông tin như nucleid acidvà protein được tổng hợp theo khuôn. Tổng hợp theo khuôn vừa chính xác vừa ít tốn enzim. Tuy nhiên căn cứ vào hang loạt tính chất hóa học các protein không thể làm khuôn mẫu cho sự tổng hợp của chính chúng. Vì vây khuôn mẫu để tổng hợp nên protein không phải là protein. - Sinh tổng hợp protein tách rời về không gian với chỗ chứa AND. Nhiều nghiên cứu cho tổng hợp protein có thể xảy ra khi không có mặt DNA. Sự kiện này thể hiện rõ ràng nhất ở những tế bào eukaryote. Trong những tế bào này, hầu như toàn bộ DNA tập trung ở nhiễm sắc thể trong nhân, còn tổng hợp protein chủ yếu diễn ra ở tế bào chất. Tảo xanh đơn bào Acetabularia khi bị cắt mất phần chứa nhân vẫn tổng hợp được protein và sống vài tháng nhưng mất khả năng sinh sản. Rõ ràng, nơi chứa DNA mang thông tin di truyền và chỗ sinh tổng hợp protein tách rời nhau về không gian. - DNA không phải là khuôn mẫu trực tiếp để tổng hợp protein, do đó phải có chất trung gian chuyển thông tin từ DNA ra tế bào chất và làm khuôn để tổng hợp protein. Chất đó phải có cả trong nhân và tế bào chất với số lượng phụ thuộc vào mức độ tổng hợp protein. - Chất trung gian đó được xem chính là RNA nhờ các đặc điểm sau: + RNA được tổng hợp ngay ở trong nhân có chứa DNA, sau đó nó đi vào tế bào chất cho tổng hợp protein. + Những tế bào giàu RNA tổng hợp protein nhiều hơn. + Về phương diện hóa học RNA gần giống DNA: chuỗi polyribo-nucleotide thẳng cũng chứa 4 loại ribonucleotide A, G, C và uracil (U). Nó có thể nhận được thông tin từ DNA qua bắt cặp bổ sung. Nói chung, trong tế bào không thể tìm thấy chất nào khác ngoài RNA có thể đóng vai trò trung gian cho tổng hợp protein. Mối quan hệ này chính là thông tin di truyền đi từ DNA qua RNA rồi đến protein và được biểu diễn ở hình 1. Mối quan hệ này còn được gọi 5 6 là lý thuyết trung tâm (central dogma), được Crick đưa ra từ 1956 đến nay về căn bản vẫn đúng. Vào những năm 1970, người ta đã phát hiện quá trình phiên mã ngược từ RNA tổng hợp nên DNA nhờ enzyme reverse transcriptase. Đến nay, việc sao chép (tổng hợp) RNA trên khuôn mẫu RNA cũng đã được chứng minh ở nhiều loại virus. Ngoài ra, thông tin từ protein cũng có thể được truyền sang protein (prion của bệnh bò điên). Riêng dòng thông tin từ protein ngược về mRNA/DNA thì chưa được tìm thấy (Hình 2). Tóm lại, thông tin từ AND được truyền tải sang ARN và từ ARN sang protein là chính xác bởi cơ chế của các quá trình tái bản, phiên mã và dịch mã. Học thuyết trung tâm đã trình bày như thế nào về điều này? Để làm rõ vấn đề này tôi đã chọn HỌC THUYẾT TRUNG TÂM để làm đề tài cho bài tiểu luận của mình. 6 7 7 8 PHẦN II: NỘI DUNG 1. Khái niệm: Luận thuyết trung tâm của sinh học phân tử quan tâm đến việc vận chuyển từng phần một cách chi tiết của thông tin trình tự. Nó khẳng định rằng những thông tin đó không thể được vận chuyển từ protein đến protein hay nucleic acid khác. 2. Các vấn đề liên quan: Đường đi của dòng thông tin chuẩn có thể được tóm tắt một cách vắn tắt và đơn giản hóa là "DNA tạo ra RNA tạo ra proteins, để rồi nó lại tiếp tục hỗ trợ cho cho hai bước trước cũng như cho quá trình nhân đôi của DNA", hay đơn giản là "DNA → RNA → protein". Quá trình này vì thế được tách làm 3 giai đoạn: phiên mã, dịch mã, và tái tạo. Nhờ có các tri thức mới về quá trình xử lí RNA, một bước thứ tư (nằm ở giữa bước 1 và 2 cũ, nhằm chuyển từ pre-mRNA trở thành mRNA hoàn chỉnh bằng cách loại bỏ các intron không có giá trị về di truyền, được phát hiện: cắt xén(splicing). 2.1. Tái bản ADN: 2.1.1. Các hình thức tổng hợp ADN: Ở tế bào Eukaryote có 3 kiểu tổng hợp điển hình. 2.1.1.1. Tổng hợp bảo thủ: Là hình thức tái sinh mà từ ADN mẹ tạo ra 2 phân tử ADN con, trong đó 1 phân tử được tổng hợp mới hoàn toàn, còn 1 phân tử được bảo toàn từ ADN mẹ. 2.1.1.2. Tổng hợp bán bảo thủ: Là hình thức tái sinh mà từ 1 ADN mẹ tạo ra 2 phân tử ADN con, trong đó mỗi phân tử ADN con có 1 chuỗi mới được tổng hợp, còn 1 chuỗi là của ADN mẹ truyền cho. 2.1.1.3. Tổng hợp gián đoạn: Là hình thức tái sinh mà phân tử ADN đứt ra từng đoạn, trên mỗi đoạn tái sinh theo kiểu bảo thủ hay kiểu bán bảo thủ, sau đó các đoạn mới được tổng hợp nối lại với nhau cho ra 2 phân tử ADN con. 8 9 Tổng hợp bảo thủ Tổng hợp bán bảo thủ Tổng hợp gián đoạn 2.1.2. Các yếu tố tham gia tái bản: 2.1.2.1. ADN khuôn: Trong tái sinh ADN, ADN vừa làm khuôn vừa là sản phẩm của quá trình. 2.1.2.2. Nguyên liệu: các nu thường - dNTP: dATP, dGTP, dCTP, dTTP - NTP: tổng hợp ARN mồi * Chức năng: - Cung cấp năng lượng cho các phản ứng 9 10 dNTP + H 2 O => dNMP + PP ∆G ’ = - 9.4 kcalo/M - Cung cấp nguyên liệu: sau thủy phân tạo dNMP làm nguyên liệu 2.1.2.3. Hệ enzim tái bản: 2.1.2.3.1. DNA polymerase : Đây là enzyme chủ yếu của sự tái bản, chịu trách nhiệm tổng hợp hai chuỗi DNA ở chạc tái bản. Có ba loại DNA polymerase khác nhau, được ký hiệu là I, II và II. Cơ chế và vai trò của các enzyme DNA polymerase cũng rất khác nhau. 2.1.2.3.2. Các topoisomer và DNA topoisomerase : * Topoisomer Giả sử có hai phân tử DNA mạch vòng có cùng trình tự nucleotide. Nhưng hai phân tử này có thể có số vòng (linking number-Lk) khác nhau trong phân tử. Số vòng ở đây dược định nghĩa là số lần của một chuỗi DNA quấn xung quanh một chuỗi khác. Những trường hợp này được gọi là topoisomer. a. Dạng lỏng lẽo (relaxed DNA): Ở dạng này sức căng của xoắn kép là tối thiểu. Đó là dạng cấu trúc ổn định nhất của phân tử. b. Dạng siêu xoắn (supercoiled DNA): Trục của xoắn kép có thể cuộn xung quanh mình tạo thành một siêu xoắn. Có hai dạng siêu xoắn sau: - Siêu xoắn dương (+): Số vòng tăng, xoắn kép xoắn cùng chiều và dẫn đến sự tạo thành siêu xoắn dương (positive supercoil). - Siêu xoắn âm (-): Số vòng giảm, trục của xoắn kép xoắn thành dạng siêu xoắn âm (negative supercoil), xoắn theo chiều ngược lại (chiều trái) với chiều của xoắn kép phải. 10 [...]... của luận thuyết trung tâm vì cấu trúc chuỗi trong protein vẫn được giữ nguyên Nhưng nếu xem DNA là trung tâm của luận thuyết thì đây lại được xem là 1 ngoại lệ vì trong luận thuyết trung tâm, protein chỉ có thể được tổng hợp, không thể được nhân từ một protein khác 23 24 PHẦN III: KẾT LUẬN Học thuyết trung tâm của sinh học phân tử - tổng hợp protein trong tế bào có các đặc điểm sau: - Các phân tử thông... LIỆU THAM KHẢO 1 PGS TS Nguyễn Như Hiền, Công nghệ sinh học, tập 1, sinh học phân tử tế bào – cơ sở khoa học của công nghệ sinh học, NXB Giáo Dục 2 PGS TS Nguyễn Bá Lộc, Bài giảng Sinh học phân tử (dành cho học viên cao học) , 2002 3 Hoàng Trọng Phán (chủ biên), Đỗ Quý Hai, Giáo trình Nucleid acid, NXB Đại học Huế, 2008 4.http://www.wattpad.com/1602958 -sinh- t%E1%BB%95ng-h%E1%BB%A3pprotein 5.http://docview.tailieu.vn/tailieu/2010/20101124/heoxinhkute6/luan_thuyet _trung_ t... sao mã: - 30 – 31 Nu - Có vùng tự do để tiếp nhận nguyên liệu là 17N - Có phân tử lai 12 – 13 cặp Nu ( ) - Enzim lõi tiến hành trùng hợp hóa để kéo dài sợi ARN dọc theo sợi khuôn 3’ – 5’ b Tổng hợp phân tử lai: - Nhờ ARN polymerase lấy NTP trong tế bào đến kéo dài mạch ARN từ U, bổ sung với mạch khuôn - Tiếp tục cho đến khi phân tử lai có 12 cặp Nu c Tiếp tục kéo dài chuỗi theo chu kỳ sau: - Helicase... sự dịch chuyển riboxom, tách chuỗi polipeptid rời khỏi ARNt, 2 tiểu đơn vị riboxom tách nhau ra ở dạng tự do, sẵn sàng cho 1 chu kì dịch mã mới 20 21 2.2.3 Hoàn thiện phân tử protein: - Cắt amino acid mở đầu nhờ peptidase => protein bậc I - Hình thành các liên kết => tạo cấu trúc không gian của protein 21 22 3 Các ngoại lệ của thuyết trung tâm: 3.1 Phiên mã ngược: Người ta đã phát hiện ra sự tồn tại... Cuối cùng nhờ dịch mã (giải mã), các mã bộ ba truyền đạt thông tin di truyền lại cho chuỗi polipeptid một cách hoàn chỉnh Tuy nhiên, cho dù là học thuyết trung tâm hay các ngoại lệ thì cũng không có trường hợp thông tin được truyền ngược lại từ protein sang AND Do trung gian truyền đạt là ARN Các amino acid trong protein chỉ bổ sung với các ribonu (A, U, G, C) trong ARN (không có mã bộ 3 nào có chứa T... synthetase đặc thù => tạo phức hợp ARNt mang amino acid 2.3.2 Cơ chế dịch mã: 2.3.2.1 Giai đoạn mở đầu: - 1 tiểu đơn vị riboxom bé bám vào ARNm tại vị trí của codon mở đầu (AUG) - 1 phân tử ARNt khởi đầu đặc thù mang methionin đi vào và kết cặp anticodon của nó với codon AUG - 1 tiểu đơn vị riboxom lớn bám vào tiểu đơn vị riboxom bé tạo ra 1 riboxom hoạt động hoàn chỉnh 2.3.2.2 Giai đoạn kéo dài: Sự kéo dài... E.Coli có chứa ribosomes, nhưng không phải trong môi trường tế bào Các phân mảnh của tế bào này có thể biểu hiện ra thành một protein từ một ADN template ngoại lai, và neomycin là chất kháng sinh được xem là hỗ trợ quá trình này 3.4 Sự nhân lên của protein: Prion là loại protein có khả năng làm thay đổi cấu trúc 3D của các phân tử protein cùng loại Điều này làm thay đổi chức năng của protein Trong... Hoàn thiện phân tử ARNm: - Ở Prokaryote: hầu hết các Nu của AND đều tham gia mã hóa - Ở Eukaryote: trên ADN có sự xen kẽ giữa các đoạn mã hóa (exon) và không mã hóa (intron) acid amin => cắt bỏ các đoạn I, nối các đoạn E - Trong gen không mã hóa cấu trúc mũ và đuôi của ARN => nối mũ và đuôi cho pro-ARN 2.3 Dịch mã (giải mã): 2.3.1 Hoạt hóa amino acid: - Diễn ra trong bào tương và tạo nguồn phân tử ARNt... phân tử DNA xoắn kép Có hai loại DNA topoisomerase là DNA topoisomerase I và DNA topoisomerase II 2.1.2.3.3 Helicase và protein SSB: * Helicase: Enzim helicase (còn có tên là deroulase) có nhiệm vụ giúp chuỗi DNA từ dạng siêu xoắn sang dạng dãn thành hai sợi đơn bằng cách cắt những liên kết hydrogen giữa những base bổ sung Dạng cấu trúc này cần thiết cho các đoạn trên chuỗi DNA mà ở đó có nhu cầu sinh. .. khi phân tử lai có 12 cặp Nu c Tiếp tục kéo dài chuỗi theo chu kỳ sau: - Helicase tháo xoắn thêm 1 cặp Nu - ARN polymerase thực hiện chức năng kéo dài ARN thêm 1 cặp Nu - Tháo xoắn cặp Nu đầu cùng của phân tử lai - Đóng xoắn AND khuôn đầu 3’ 16 17 2.2.2.1.3 Giai đoạn kết thúc: - Khi phiên mã qua đoạn kết thúc giàu G ≡ X và A=T thì ngừng lại do ở vùng đuôi ARN hình thành cấu trúc “nút cài tóc” - Dưới tác . TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HUẾ KHOA SINH HỌC ∗∗∗ ĐINH THỊ NHƯ THỦY MÃ SỐ: C13003254 HỌC THUYẾT TRUNG TÂM (Tiểu luận môn Sinh Học Phân Tử) Người hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn. bản, phiên mã và dịch mã. Học thuyết trung tâm đã trình bày như thế nào về điều này? Để làm rõ vấn đề này tôi đã chọn HỌC THUYẾT TRUNG TÂM để làm đề tài cho bài tiểu luận của mình. 6 7 7 8 PHẦN. tài cho bài tiểu luận của mình. 6 7 7 8 PHẦN II: NỘI DUNG 1. Khái niệm: Luận thuyết trung tâm của sinh học phân tử quan tâm đến việc vận chuyển từng phần một cách chi tiết của thông tin trình