CHƯƠNG IX SINH TỔNG HP PROTEIN I Học thuyết trung tâm II Phiên mã (Transcription) III Các RNA IV Dòch mã (Translation) V Các biến đổi sau dòch mã di chuyển mục tiêu VI Các đột biến gen VII Dòng thông tin I HỌC THUYẾT TRUNG TÂM (CENTRAL DOGMA) Gen kiểm tra phản ứng sinh hóa a Sai hỏng trao đổi chất bẩm sinh Vào năm 1908, sở nghiên cứu bệnh sai hỏng trao đổi chất bẩm sinh (inborn errors of metabolism) bác só A.Garrod, người Anh lần nêu lên quan điểm sai hỏng gen dẫn dẫn đến sai hỏng phản ứng sinh hóa Chu trình phenylalanine • Bệnh phát ancaptonuria (black urine disease, black bone disease, or alcaptonuria), người bệnh có nước tiểu bò tích tụ nhiều acid homogentisic chất bò đen lại gặp không khí nên nước tiểu màu đen Bệnh có di truyền gen lặn Năm 1914 phát thêm người bò bệnh thiếu hoạt tính enzyme oxydase acid homogentisic dioxygenase (HGD) • Mỗi bệnh liên quan đến sai hỏng phản ứng sinh học hậu enzyme bò hoạt tính di truyền bệnh gen lặn Thường enzyme hoạt tính làm chất phản ứng bò tích tụ lại nên dư thừa b Giả thuyết gen-1 enzyme • Năm 1941 G.Beadle Tatum sử dụng mốc vàng bánh mì Neurospora crassa để chứng minh gen kiểm tra phản ứng sinh hóa Loài hoang dại mốc mọc môi trường tối thiểu gồm nước, muối khoáng (NPK), glucose biotin, từ chất đơn giản sợi nấm mốc tổng hợp tất chất phức tạp khác cần thiết cho sống amino acid, nucleotide, đường lipid • Dùng tia phóng xạ tử ngoại gây tạo đột biến sinh hóa khả tổng hợp chất hay chất gọi đột biến khuyết dưỡng (auxotroph) Các đột biến mọc môi trường tối thiểu có thêm vào chất mà đột biến không tổng hợp Ví dụ đột biến khả tổng hợp amino acid arginine ký hiệu arg- không mọc môi trường tối thiểu tự không tổng hợp chất này; chúng mọc có thêm vào arginine • Các đột biến khuyết dưỡng đa số có di truyền gen Từ kết nghiên cứu mình, Beadle Tatum nêu giả thuyết gen - enzyme, sau cụ thể hóa gen - protein gen - polypeptide, cuối gen - đại phân tử sinh học (vì có gen tổng hợp RNA) • Giả thuyết gen - enzyme có ý nghóa lớn, cụ thể hóa bước trung gian từ gen đến tính trạng diễn Do hai ông Beadle Tatum nhận giải Nobel công trình Học thuyết trung tâm (Central dogma) a Sự liên quan đồng tuyến tính DNA protein • Mãi đến năm 1953, mô hình cấu trúc DNA Watson - Crick nêu lên năm Sanger lần tìm trình tự amino acid protein có phân tử không lớn insulin (chỉ có 51 amino acid) Các nghiên cứu làm sáng tỏ mối quan hệ genprotein • Có nhiều đột biến gọi trung tính hay im lặng codon mã hóa cho amino acid biến đổi base thứ ba mã hóa cho amino acid Ví dụ: CGU mã hóa cho arginine biến thành CGA mã hóa cho arginine Rõ ràng biến đổi không ảnh hưởng đến mạch polypeptide Các tác nhân gây đột biến (mutagens) • Các tác nhân làm tăng tần số đột biến cao mức tự nhiên gọi tác nhân gây đột biến (mutagen) Các tác nhân vật lý phóng xạ, tia X, tia tử ngoại gây đột biến Nhiều hóa chất tác nhân gây đột biến đồng đẳng base nitric, HNO2 (nitrous acid), chất alxyl hóa mạch • Một số chất gây ô nhiễm môi trường tác nhân gây đột biến VII DỊNG THƠNG TIN TRONG TẾ BÀO • Nội dung biểu gen • Sự phiên mã Sinh vật nhân sơ đơn giản so với Sinh vật nhân thực Sự hiểu biết chi tiết q trình chép, phiên mã dịch mã gen gián đoạn, cho thấy nội dung gen (content of genome) hay tổng số lượng gen DNA thực hố mức độ, tương ứng với giai đoạn biểu gen Bốn nội dung biểu gen • Sự phiên mã Sinh vật nhân sơ Prokaryotae đơn giản so với Sinh vật nhân chuẩn Eukaryotae Hình 2.9 mô tả trình từ phiên mã đến protein gen gián đoạn Eukaryotae Đây trình phức tạp qua giai đoạn : • – Bắt đầu từ DNA gen (Genome) • – Tạo tiền mRNA (pre-messager RNA), tương ứng có phiên mã (Transcriptome) • – Cắt nối đoạn RNA (splicing) Trên tiền mRNA có đoạn mã hoá protein gọi exon (Ex 1,… Ex 5) đoạn không mã hoá protein intron (In 1,… In 4) bò loại bỏ trình cắt nối lại gọi splicing (tương ứng có Spliceome) Trong splicing xảy việc nối exon theo tổ hợp khác để tạo nhiều loại mRNA khác nhau, mà ví dụ loại Trường hợp B, exon bò loại mRNA tạo protein có chức B Điều giải thích người số loại protein nhiều số gen gen • – Sau dòch mã tạo protein A • Một kết bất ngờ giải mã xong gen người thấy số loại protein lớn số gen gấp nhiều lần mà nguyên nhân splicing theo nhiều kiểu khác biến đổi protein sau dòch mã Chính điều dẫn đến khủng hoảng đònh nghóa gen thời điểm tại, mà quan niệm truyền thống cuối kỉ XX gen – protein Đònh nghóa gen • G.Mendel người nêu lên khái niệm “nhân tố di truyền” Vào năm 1909, Johamsen nêu cao thuật ngữ “gen” để nhân tố di truyền xác đònh tình trạng J.Morgan cụ thể hóa khái niệm gen, nằm nhiễm sắc thể chiếm locus đònh Gen đơn vò chức xác đònh tính trạng • Vào năm 40, G Beadle E Tatum chứng minh gen kiểm tra phản ứng sinh hóa nêu giả thuyết gen - enzyme Hemoglobin protein gồm polypeptide gen xác đònh Giả thuyết chỉnh lại gen - polypeptide • Vào năm 50, DNA chứng minh chất di truyền Mô hình cấu trúc DNA Watson Crick nêu học thuyết trung tâm đời Gen đoạn DNA nhiễm sắc thể mã hóa cho loại protein mà loại RNA Gen hiểu đoạn DNA nhiễm sắc thể mã hóa cho polypeptide hay RNA (một đại phân tử sinh học) • Cuối năm 70, việc phát gen gián đoạn Eukaryotaes cho thấy có đoạn DNA không mã hóa cho amino acid phân tử protein Khái niệm gen chỉnh lý lần nữa: “Gen đoạn DNA đảm bảo cho việc tạo polypeptide bao gồm vùng trước sau vùng mã hóa cho protein đoạn không mã hóa (intron) xen đoạn mã hóa (exon)” • Từ năm 2000, định nghĩa gen bị khủng hoảng từ gen tạo dòng protein biến dạng khác nhau, quan niệm gen – protein bị đảo lộn Hiện định nghĩa tổng qt: Gen đơn vị chức sở gen chiếm locus định NST xác định tính trạng định • Các gen đoạn vật chất di truyền (DNA tế bào RNA virus) bao gồm vùng khơng mã hố mã hóa cho sản phẩm riêng lẻ RNA sử dụng trực tiếp mRNA hay dòng mARN với nhiều biến dạng cho tổng hợp mạch polypeptide, mà chúng hình thành protein đơn phân hay đa phân tạo phức hợp nhiều protein có hoạt tính sinh học Tóm tắt từ Gene đến Protein [...]... của phân tử protein) b Vài đặc điểm của tổng hợp protein Tổng hợp protein trong tế bào có các đặc điểm : • Các phân tử thông tin như acid nucleic và protein được tổng hợp theo khuôn • Sinh tổng hợp protein tách rời về không gian với DNA Nhiều quan sát cho thấy tổng hợp protein có thể xảy ra khi không có mặt DNA Tảo xanh đơn bào Acetabularia khi bò cắt mất phần chứa nhân vẫn tổng hợp được protein và... 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 cũng không phải là khuôn 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 mức độ tổng hợp protein • Chất trung... đó chính là RNA qua hàng loạt sự kiện sau: - Thứ nhất, RNA được tổng hợp ngay ở trong nhân có chứa DNA, sau đó nó đi vào tế bào chất cho tổng hợp protein - Thứ hai, những tế bào giàu RNA tổng hợp protein nhiều hơn Ví dụ: Các tế bào tổng hợp nhiều protein như ở gan, lá lách, tuyến tơ của tằm chứa RNA nhiều hơn so với tế bào ít tổng hợp protein như ở thận, tim, phổi - Thứ ba, về phương diện hóa học... nucleotide Tất cả sẽ có 43 = 64 tổ hợp codon • M.W.Nirenberg và H.Matthaei (Mỹ) đã dùng enzyme theo phương pháp của Ochoa tổng hợp RNA nhân tạo Khi dùng chỉ một loại nucleotide là uracil sẽ nhận được RNA là polyuracil, nếu chỉ adenine sẽ được polyadenine • Năm 1961, khi dùng polyuracil thay cho mRNA để tổng hợp protein trong hệ thống vô bào (có amino acid, enzyme tổng hợp protein, nhưng không có DNA )... một trong hai mạch của phân tử DNA được dùng làm khuôn để tổng hợp RNA • RNA-polymerase bám vào DNA làm tách mạch và di chuyển theo hướng 3‘ 5' trên DNA để cho mRNA được tổng hợp theo hướng 5'  3' Types of RNAs involved in protein synthesis using genetic information 33 RNA có thể ở dạng tự do hoặc gắn với protein thành các phức hợp ribonucleoprotein giữ nhiều vai trò quan trọng trong hoạt động sống... đó và polymer hố phóng thích 2 liên kết phosphate giàu năng lượng Hướng tổng hợp cũng tương tự từ đầu 5’ –> 3’, và do vậy mạch khn đối song song (antiparallel) với mạch RNA mới tạo thành, mà khơng tạo liên kết hydro giữa 2 mạch Khác với DNA polymerase, RNA polymerase có thể tái khởi sự tổng hợp mạch mới và khơng cần mồi Tổng hợp RNA • Q trình phiên mã trải qua ba giai đoạn là khởi sự (initiation),... • Đây còn gọi là học thuyết trung tâm hay tiền đề cơ sở sinh học phân tử được F.Crick nêu ra từ năm 1956 đến nay căn bản vẫn đúng • Thông tin di truyền được đi từ DNA qua RNA rồi đến protein Vào những năm 70 phát hiện quá trình phiên mã ngược từ RNA tổng hợp nên DNA nhờ enzyme reverse transcriptase Thông tin không thể đi theo chiều ngược từ protein đến RNA 3 DNA và mã di truyền (The genetic code)... thể đóng vai trò trung gian cho tổng hợp protein Mối quan hệ được biểu hiện như sau: • DNA  mRNA  protein • sao chép phiên mã dòch mãû Học thuyết trung tâm HỌC THUYẾT TRUNG TÂM (The central dogma) Học thuyết trung tâm cho rằng thông tin trên nucleic acid có thể được tiếp nối liên tục (sao chép) hay chuyển tiếp (phiên mã và dòch mã), nhưng sự chuyển dạng thông tin thành protein là không thuận nghòch... nhau ở vò trí thứ ba, còn A và G tương đương nhau trong 14 trên 16 trường hợp • Trừ một số ngoại lệ nhỏ, mã di truyền có tính vạn năng (universal) tức toàn bộ thế giới sinh vật có chung bộ mã di truyền • II QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ • 1 Nguyên tắc chung Quá trình chuyển thông tin di truyền từ DNA sang RNA gọi là phiên mã RNA được tổng hợp nhờ hệ enzyme RNA-polymerase, đúng ra gọi chính xác là RNA-polymerase... (DNA-dependent-RNA-polymerase) Ở đây DNA còn thể hiện tính chất kỳ lạ là khả năng dò xúc tác (heterocatalysis) tức làm khuôn tổng hợp một phân tử khác RNA polymerase theo mạch khn DNA, xúc tác phản ứng polymer hố tạo liên kết phosphodiester, nối các đơn phân ribonucleotide ATP, GTP, UTP và CTP tạo mạch RNA bổ sung • Hóa học của tổng hợp RNA rất giống với sao chép DNA Trong q trình nối dài (elongation) mạch RNA, nucleotide mới