Giáo trình sinh học phân tử

T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C Y K H O A H U Ế
BỘ MÔN DI TRUYỀN Y HỌC
GIÁO TRÌNH
SINH HỌC PHÂN TỬ
2007

CHƯƠNG 2: SINH HỌC PHÂN TỬ
1. DNA (desoxyribonuclic acid) 1
Nucleic acid 1
DNA (desoxyribonuclic acid) 2
Cấu trúc 2
Các dạng cấu trúc không gian của DNA 3
Sự biến tính (denaturation) và hồi tính
(renaturation) của DNA 4
DNA trong tế bào 5
Bộ gene của prokaryote 5
Bộ gene của eukaryote 6
Phân loại DNA 6
Gene nhảy 8
Gene 10
Câu hỏi ôn tập 11
Câu hỏi trắc nghiệm 11
2. CHỨC NĂNG CỦA DNA 13
Bảo quản và truyền đạt thông tin di truyền
13
Mã di truyền 13
Khả năng nhân đôi chính xác 14
Tiềm năng tự sửa chữa 14
Khả năng đột biến 14
3. CƠ CHẾ TỰ NHÂN ĐÔI CỦA DNA 16
Tự nhân đôi ở prokaryote 16
Tách rời hai mạch đơn của phân tử DNA
16
Tổng hợp đoạn mồi (primer) rna 17
Tổng hợp các mạch mới trên khuôn DNA
17
Hoàn chỉnh chuỗi polynucleotide mới tổng
hợp 18
4. RNA (ribonuclic acid) 28
Các loại RNA 28
rRNA (RNA ribosome) 28
tRNA (RNA vận chuyển) 28
mRNA (RNA thông tin) 30
Quá trình tự nhân đôi của DNA ở
eukaryote 21
Cơ chế sửa sai DNA 23
Cơ chế sửa sai DNA trong quá trình tự
nhân đôi 23
Cơ chế sửa sai DNA ngoài quá trình tự
nhân đôi 24
Ribozyme và khả năng tự cắt (self-
Splicing) 30
5. QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ (TRANSCRIPTION) 33
Quá trình phiên mã ở prokaryote 33
Giai đoạn mở đầu 33
Giai đoạn kéo dài 34
Giai đoạn kết thúc 35
Quá trình phiên mã ở eukaryote 37
Giai đoạn mở đầu 37
Giai đoạn kéo dài 40
Giai đoạn kết thúc 40
Quá trình trưởng thành của các tiền mRNA
40
Gắn mũ chụp (capping) 40
a

Gắn đuôi polyA 41
Cắt nối (splicing) 42
6. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN 45
Cấu trúc của protein 45
Cấu trúc bậc 1 45
Cấu trúc bậc 2 46
Cấu trúc bậc ba 47
Cấu trúc bậc bốn 47
Chức năng sinh học 47
7. QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ VÀ ĐIỀU HOÀ SINH TỔNG HỢP PROTEIN 51
Quá trình dịch mã 51
Gắn amino acid vào tRNA 51
Ribosome 51
Các giai đoạn của quá trình dịch mã 52
Polysomes 55
Điều hoà sự biểu hiện của gene 56
Điều hoà sự biểu hiện của gene ở
prokaryote 56
Điều hoà sự biểu hiện của gene ở
eukaryote 58
Kiểm soát quá trình phiên mã 59
Kiểm soát sự biểu hiện của gene thông qua
quá trình hoàn thiện mRNA 60
Kiểm soát sự biểu hiện của gene thông qua
sự hằng định của RNA 60
Quá trình làm im lặng RNA (RNA
silencing) 60
Kiểm soát quá trình dịch mã và sau dịch
mã 61
b

1. DNA (desoxyribonuclic acid)
Mục tiêu
1. Trình bày được:
- Cấu trúc cơ bản của một nucleotide
- Cấu trúc của DNA, các loại DNA, gen nhảy
- Cấu trúc cơ bản của gene ở prokaryote và eukaryote
2. Phân biệt được bộ gene của prokaryote và eukaryote
NUCLEIC ACID
Nucleic acid là vật chất mang thông tin di truyền của các hệ thống sống có cấu trúc đa
phân hình thành từ các đơn phân là nucleotide. Nucleic acid gồm hai loại phân tử có
cấu tạo khá giống nhau là desoxyribonucleic (DNA) và ribonucleic acid (RNA).
Hình 1: (a) Các cấu phần của nucleotide; (b) Nucleotide; (c) Chuỗi polynucleotide
Mỗi nucleotide được cấu tạo gồm ba thành phần (hình 1)
1. Nhóm phosphate
2. Đường Pentose (đường 5 Carbon). Ở DNA đường này là deoxyribose còn
ở RNA là ribose
1

3. Một base nitric, base này gồm có hai nhóm:
- Purine gồm adenine (A), guanine (G)
- Pyrimidine gồm thymine (T), cytosine (C) và uracyl (U)
Các nucleotide được nối với nhau bằng liên kết phosphodiester tạo thành chuỗi
polynucleotide.
DNA (desoxyribonuclic acid)
CẤU TRÚC
Hçnh 2 : Nguyãn tàõc bøä sung gîiæa ïcac base
purine vaì pyrimidine.
xoắn dài 34 Å. (hình 2 và 3)
Phân tử ADN là một chuỗi xoắn
kép gồm hai mạch đơn, mỗi mạch đơn là
một chuỗi polynucleotide. Mỗi
nucleotide gồm (1) nhóm phosphate, (2)
đường deoxyribose (C5H10O4) và (3)
một trong bốn loại base (A, T, G và
C)(hình 2).
Hai chuỗi polynucleotide kết hợp
với nhau nhờ các liên kết hydro hình
thành giữa các base của hai mạch theo
nguyên tắc bổ sung giữa một bên là
purine (A và G) và một bên là pyrimidine
(C và T) trong đó A bổ sung với T bằng
hai liên kết hydro, G bổ sung với C bằng
ba liên kết hydro tạo nên một cấu trúc
gồm hai chuỗi polynucleotide xoắn
quanh một trục thành hình lò xo với
đường kính khoảng 2nm và mỗi bước
Hình 3: Cấu trúc của một đoạn DNA
Nguyên tắc bổ sung đảm bảo khoảng cách đều đặn giữa hai mạch đơn của DNA
(tổng chiều dài của một base purine và một pyrimidine), các phân tử đường và các
nhóm phosphate nằm ở phía ngoài tạo nên trục đường-phosphate hình thành liên kết
với các phân tử nước, các base quay vào phía trong hạn chế sự tiếp xúc giữa chúng
với các phân tử nước giữ cho phân tử DNA ổn định.
Mỗi mạch đơn là một trình tự nucleotide có định hướng với một đầu là đầu 5'
phosphate tự do (nhóm phosphate tự do gắn vào C5 của đường desoxyribose) ký hiệu
2

là 5'P, đầu kia có nhóm OH ở vị trí C3 nên gọi là đầu 3' hydroxyl tự do, kí hiệu là
3'OH. Hướng quy ước theo chiều từ 5' đến 3'. Hai mạch đơn trong cấu trúc của phân tử
DNA đi ngược chiều nhau gọi là đối song (anti paralell).
5'P 3'OH
3'OH 5"P
Như vậy đầu 5' P của mạch này đối diện với đầu 3' OH của mạch bổ sung.
Thông qua cấu trúc xoắn kép của DNA có thể nhận thấy:
(1) Trình tự các base của mạch này khác với trình tự base của mạch bổ sung với
nó.
(2) Hai mạch của DNA gắn với nhau bằng các liên kết hydro yếu tạo nên tính
linh hoạt cho phân tử DNA khi thực hiện các hoạt động chức năng nhân đôi hoặc
tổng hợp RNA.
CÁC DẠNG CẤU TRÚC KHÔNG GIAN CỦA DNA
Mô hình trên của DNA được mô tả ở trên do Watson và Crick đưa ra năm 1953
và được công nhận như là một cấu trúc duy nhất của DNA trong một thời gian dài.
Vào thập niên 70, với sự hỗ trợ của các kỹ thuật phân tích chính xác nhiều dạng DNA
đã được phát hiện. Việc phân định các dạng DNA được thực hiện dựa trên 2 chỉ số :
- h: chiều cao giữa hai nuceotide kế nhau
- n: Số cặp nucleotide trong một vòng xoắn
Một số dạng DNA được liệt kê trong bảng dưới đây:
Dạng
Số cặp base của
một vòng xoắn
(n)
Góc xoắn so
với mặt phẳng
của base (độ)
khoảng cách
h giữa 2 base
kế nhau (Ao
)
Đường kính
của chuỗi
xoắn kép (Ao
)
A 11 + 32,7 2,56 23
B 19 + 36,0 3,38 19
C 9 1/3 + 38,6 3,32 19
Z 12 - 30,0 3,71 18
Dạng DNA mà Watson và Crick mô tả là dạng B, dạng phổ biến nhất, tồn tại
trong điều kiện sinh lý bình thường. Các dạng khác xuất hiện ở những điều kiện độ ẩm
và ion khác nhau. Dạng Z có chiều xoắn ngược về phía bên trái theo hình zigzag nên
gọi là dạng Z. Các dạng DNA khác nhau cho thấy DNA trong tế bào sống không tồn
tại với một dạng duy nhất mà tuỳ trạng thái sinh lý có thể ở dưới dạng này hay dạng
khác.(hình 4)
3

Hình 4: Các dạng DNA
SỰ BIẾN TÍNH (DENATURATION) VÀ HỒI TÍNH (RENATURATION) CỦA
DNA
Hai mạch đơn của phân tử DNA gắn với nhau thông qua các liên kết hydro yếu.
Các tác nhân làm đứt gãy các liên kết này như khi đun nóng phân tử DNA ở nhiệt độ
khoảng 80 - 95o
C sẽ làm cho hai mạch tách rời nhau. Hiện tượng này được gọi là hiện
tượng biến tính (denaturation) của DNA. (hình 5)
Hình 5: Hiện tượng biến tính của DNA
Nhiệt độ làm hai mạch DNA tách rời nhau được gọi là điểm chảy (melting point)
của DNA. Điểm này đặc trung cho mỗi loại DNA, phụ thuộc vào số lượng các liên kết
hydro trong cấu trúc. Tỷ lệ cặp G-C càng cao thì điểm chảy càng lớn. Một số chất như
formanide có khả năng làm hạ thấp điểm chảy nên được dùng trong kỹ thuật lai phân
tử để làm giảm nhiệt độ lai.
Sự biến tính này có tính thuận nghịch. Sau khi DNA bị biến tính nếu hạ nhiệt độ
từ từ trở lại bình thường thì chúng có thể gắn lại với nhau trên cơ sở của nguyên tắc bổ
sung để trở thành mạch kép. Hiện tượng này được gọi là hồi tính (renaturation).
4

DNA TRONG TẾ BÀO
Tất cả các sinh vật có cấu tại tế bào, ty thể, lạp thể đều chứa DNA mạch kép. Các
virus có bộ gene đa dạng gồm RNA hoặc DNA mạch đơn hoặc mạch kép. Bảng dưới
đây giới thiệu chiều dài bộ gene đơn bội căn cứ theo số cặp base của các nhóm sinh
vật chính như sau:
Sinh vật Số cặp base
Virus 103
đến 105
Vi khuẩn E. Coli 4,5 x 106
Nấm men 5 x 107
Ruồi giấm Drosophila
Động vật có xương sống
1,5 x 108
108
đến 1010
Thực vật 1010
đến 1011
Người 3 x 109
Qua bảng trên có thể nhận thấy không có sự tương quan giữa mức độ tiến hoá và
số lượng cặp base trong bộ gene. Giữa bộ gene của prokaryote và eukaryote có sự
khác biệt đáng kể về thành phần cấu tạo và cách tổ chức của DNA trong tế bào.
BỘ GENE CỦA PROKARYOTE
Bộ gene của vi khuẩn E. Coli và đa số các sinh vật prokaryote đều là một phân tử
DNA có dạng vòng và không gắn với protein để tạo thành nhiễm sắc thể như ở
eukaryote. (tuy nhiên khái niệm nhiễm sắc thể hiện nay cũng được dùng cho cả vi
khuẩn và được hiểu là sợi DNA). (hình 6)
Ở prokaryote, DNA thường ở dạng siêu xoắn với DNA mạch kép xoắn vặn thành
hình số 8. Đây là dạng tự nhiên trong tế bào vi khuẩn, sợi DNA được các phân tử RNA
nối giúp cuộn xoắn và làm cho chiều dài phân tử được rút ngắn đáng kể. Tình trạng
siêu xoắn này có thể thay đổi thuận nghịch dước tác động của các enzyme DNase hoặc
RNase. Ngoài ra DNA có thể ở dưới dạng vòng tròn hoặc dạng thẳng.
Hình 6: DNA ở prokaryote
5

BỘ GENE CỦA EUKARYOTE
Cách tổ chức của DNA trong nhân tế bào
DNA của eukaryote có kích thước rất lớn, ví dụ ở người tổng chiều dài của tất cả
DNA có trong nhân tế bào có thể dài đến 2m. Để có thể nằm gọn trong nhân tế bào,
DNA phải được cuộn xoắn ở nhiều mức độ cấu trúc khác nhau.
Nucleosome
Các đoạn DNA với chiều
dài tương ứng với khoảng từ
140 đến 150 cặp base (base
pair: bp) cuộn quanh một lõi
gồm 8 phân tử protein histone
(2 H2A, 2 H2B, 2 H3 và 2H4)
để tạo thành nucleosome với
đường kính khoảng 11nm. Các
nucleosome nối với nhau bằng
một đoạn DNA khoảng 20 - 60
bp vói một phân tử histone
trung gian (H1). Các histone
Hçnh 7: Nucleosome
liên kết với phân tử DNA nhờ các liên kết ion hình thành giữa các nhánh bên mang
điện tích âm của các histone với các nhóm phosphate mang diện tích dương của DNA.
(hình 7)
Sợi và quai chromatin
Khoảng 6 nucleosome cuộn lại thành một solenoid đường kính khoảng 30nm, các
solenoid cuộn lại thành các quai chromatin (chromatin loop) đường kính khoảng
300nm, mỗi quai chromatin có khoảng 100.000 bp (100 kb). Bằng cách này DNA có
thể giảm chiều dài xuống khoảng 1/10.000 lần so với chiều dài của nó trước khi cuộn
xoắn. (hình 8)
Chất dị nhiễm sắc
Các quai chromatin tiếp tục cuộn xoắn với đường kính khoảng 700nm.
Nhiếm sắc thể
Ở kỳ giữa của quá trình phân bào chromatin cuộn xoắn ở mức độ tối đa tạo nên
NST với đường kính khoảng 1.400nm.
PHÂN LOẠI DNA
Ở eukaryote mặc dù DNA mang thông tin mã hóa cho các protein nhưng trong
thực tế chỉ có một tỷ lệ rất thấp DNA thực hiện chức năng này. Ở người có ít hơn 5%
trong số 3 tỷ cặp nucleotide trong genome của người thực sự làm chức năng mang
thông tin, còn lại phần lớn vật liệu di truyền chưa được biết chức năng. DNA của
người được chia thành các loại sau (hình 9):
6

Hình 8 . Mô hình cuộn xoắn của DNA
DNA độc bản (single - copy DNA)
DNA độc bản chiếm khoảng 45% genome và gồm các gene mã hoá cho các
protein. Các đoạn DNA loại này chỉ được thấy một lần duy nhất (hoặc vài lần) trong
genome. Tuy nhiên phần mã hóa cho protein chỉ chiếm một phần nhỏ trên loại DNA
này mà thôi, phần lớn còn lại là các intron hoặc là các đoạn DNA nằm xen giữa các
gene.
DNA lặp (repetitive DNA)
DNA lặp chiếm 55% còn lại của genome, đây là các đoạn DNA được lập đi lập
lại có thể lên tới hàng ngàn lần trong genome, có 2 loại chính:
7

DNA vệ tinh (satellite DNA)
Loại DNA này chiếm khoảng 10% genome và tập trung ở một số vùng nhất
định trên NST, ở đó chúng sắp xếp nối đuôi nhau, cái này tiếp theo cái kia. DNA vệ
tinh được chia thành 3 loại nhỏ:
- DNA vệ tinh alpha: có kích thước 171 bp, lập đi lập lại nhiều lần với
chiều dài hàng triệu bp hoặc hơn. Loại này được thấy cạnh tâm động của
NST.
- DNA tiểu vệ tinh (minisatellite DNA): có kích thước từ 14 - 500 bp, lập
đi lập lại với chiều dài khoảng vài ngàn bp.
- DNA vi vệ tinh (microsatellite DNA): có kích thước từ 1 - 13 bp, lập đi
lập lại với tổng chiều dài không quá vài trăm bp.
Hai loại DNA tiểu và vi vệ tinh có sự khác nhau rất lớn trong chiều dài giữa
người này với người khác và điều này làm chúng trở nên rất hữu ích trong việc lập bản
đồ gene. DNA tiểu vệ tinh và vi vệ tinh được gặp với tần số trung bình là 1 trên mỗi
2 kb trong genome và chúng chiếm khoảng 3% genome.
DNA lập lại rải rác
Loại DNA này chiếm khoảng 45% genome, gồm 2 loại:
- Các yếu tố rải rác có kích thước ngắn (SINEs: short interspersed elements):
kích thước từ 90 - 500bp.
- Các yếu tố rải rác có kích thước dài (LINEs: long interspersed elements):
kích thước 7.000 bp
GENE NHẢY
Hình 9 . Các loại DNA
Được Barbara McClintock phát hiện ở trên bắp cách đây hơn 50 năm. Gene nhảy
là một đoạn DNA có khả năng di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác trên DNA, nó có
thể rời bỏ hoặc xen vào cấu trúc của 1 gene. Hiện tượng này được thấy ở cả vi sinh
vật, thực vật và động vật với tần số khoảng 10 -5
– 10 -7
tế bào.
8

Các trình tự gắn xen (IS: insertion sequences)
Các trình tự gắn xen này được thấy ở vi khuẩn E. Coli với tính chất di chuyển từ
vị trí này sang vị trí khác trên DNA. Các IS có kích thước khoảng 1 - 2 kb với trình tự
trung tâm đặc trưng cho từng loại IS, ở hai đầu là hai trình tự ngắn với khoảng 50 bp
giống nhau nhưng có chiều ngược nhau gọi là đoặn lặp nghịch hướng (inverted
repeat) ở phía trong và hai trình tự ngắn giống nhau với khoảng 5 - 11 bp nhưng
cùng chiều với nhau nên được gọi là đoạn lặp đồng hướng (direct repeat). Các IS
không mã hoá cho protein và chỉ được phát hiện thông qua hậu quả của nó trên vi
sinh vật. (hình 10)
Hình 10: Sơ đồ của một trình tự gắn xen (IS: insertion sequence)
Transposon
Hình 11: (a)Transposon có nguồn gốc từ DNA; (b) Transposon có nguồn gốc từ retrovirus
9

Gene nhảy ở động vật và thực vật chúng được gọi là transposon, có kích thước
lớn hơn IS. Transposon cũng có hai đầu là hai trình tự giống nhau nhưng ngược chiều
nhau. Phần trình tự trung tâm ngoài các gene sẽ được gắn xen còn có các gene mã hoá
cho các enzyme cần thiết cho quá trình này.
Phần lớn các transposon của eukaryote có nguồn gốc từ RNA. Các RNA được
gắn xen vào bộ gene theo cách của các retrovirus vì vậy chúng còn được gọi là
retroposon. Các retroposon gồm hai loại chính căn cứ vào nguồn gốc: (1) Nhóm có
nguồn gốc từ các DNA của tế bào; (2) Nhóm có nguồn gốc từ retrovirus. (hình 11)
GENE
Có thể nói gene là một đoạn của phân tử DNA có chức năng di truyền. Tuy nhiên
giữa prokaryote và eukaryote có một sự khác biệt lớn
Ở prokaryote
Trinh tự của các nucleotide trên gene sẽ mã hoá cho trình tự của các amino acid
Ở eukaryote
Trong cấu trúc của gene tồn tại những vùng không mang mã gọi là intron và
những vùng mang mã gọi là exon. Đây là một đặc điểm quan trọng để phân biệt giữa
DNA của sinh vật eukaryote và prokaryote.
Các intron chiếm phần lớn trong cấu trúc hầu hết các gene. Các đoạn intron này
sẽ được các enzyme cắt một cách chính xác ra khỏi các phân tử mRNA trước khi
chúng đi ra khỏi nhân tế bào. Vị trí cắt của các enzyme được xác định bởi các đoạn
DNA được gọi là các đoạn đồng nhất (consensus sequences) (đoạn này có tên như vậy
vì được thấy phổ biến ở tất cả các cơ thể eukaryote) nằm cạnh mỗi đoạn exon.
Hình 12 : Cấu trúc chi tiết của một gene ở Eularyotae
Vì hầu hết các gene của cơ thể eukaryote gồm chủ yếu là các đoạn intron nên cho
phép người ta nghĩ đến việc các đoạn này có thể có một chức năng nào đó. Hiện nay
chức năng của các intron vẫn còn đang được nghiên cứu. Người ta cho rằng những
đoạn intron do làm tăng thêm chiều dài của gene sẽ tạo thuận lợi cho sự tái sắp xếp của
các gene trên cặp NST tương đồng qua quá trình trao đổi chéo trong giảm phân hoặc
ảnh hưởng đến thời gian nhân đôi và phiên mã của DNA. (hình 12)
Cấu trúc phổ biến của một gene ở eukaryote gồm có ba vùng:
1. Vùng 5' không phiên mã, mang các trình tự có nhiệm vụ điều hoà biêíu hiện
của gene và các trình tự hoạt hoá hoạt động phiên mã.
2. Vùng sẽ phiên mã gồm các đoạn intron và exon.
3. Vùng 3' không phiên mã có chức năng chưa rõ.
10

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Mô tả cấu trúc của một đơn phân của nucleic acid ?
2. Mô tả cấu trúc hoá học và không gian của DNA ?
3. Thế nào là sự biến tính, hồi tính của DNA ?
4. Mô tả các đặc điểm cơ bản của DNA ở prokaryote ?
5. Mô tả các đặc điểm cơ bản của DNA ở eukaryote ?
6. Ở eukaryote, làm thế nào để các phân tử DNA có thể nằm gọn trong nhân tế bào
ở kì trung gian ?
7. Ở người DNA được phân loại như thế nào ?
8. Mô tả các loại DNA vệ tinh trong cấu trúc DNA của người ?
9. Gen nhảy là gì ?
10. Nêu các đặc điểm cơ bản của gene ở eukaryote ?
CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM
1. Nucleic acid là một đa phân gồm có:
A. Hai loại phân tử là desoxyribonucleic acid (DNA) và ribonucleic acid (RNA)
B. Hai loại phân tử là ribonucleic acid thông tin (mRNA) và ribonucleic acid vận
chuyển (tRNA)
C. Hai loại phân tử là ribonucleic acid thông tin (mRNA) và ribonucleic acid vận
chuyển (tRNA)
D. Hai loại phân tử là ribonucleic acid thông tin (mRNA) và ribonucleic acid
ribosome (rRNA)
E. Hai loại phân tử là deoxyribonucleotide và ribonucleiotide
2. Base nitric Purine gồm có:
A. Thymine (T), cytosine (C) và uracyl (U) B. Adenine (A) và uracyl (U)
C. Guanine (G) và cytosine (C) D. Adenine (A) và guanine (G)
E. Adenine (A)và thymine (T)
3. Hai chuỗi polynucleotide kết hợp với nhau nhờì các liên kết ...... (C: cộng hóa trị,
H: hydro; P: phosphodiester) hình thành giữa các base của hai mạch theo nguyên
tắc bổ sung trong đó A bổ sung với T bằng ....... (2: hai liên kết hydro; 3: ba liên kết
hydro), G bổ sung với C bằng ....... (2: hai liên kết hydro; 3: ba liên kết hydro) tạo
nên một cấu trúc gồm hai chuỗi polynucleotide xoắn quanh một trục.
A. H, 3,2 B. P, 2, 3 C. C, 2, 3 D. H, 2, 3 E. P, 3, 2
4. Tổng chiều dài của toàn bộ phân tử DNA có trong một tế bào lưỡng bội của người
là bao nhiêu ?
A. 1 mét B. 2 mét C. 3 mét D.4 mét E. 5 mét
11

5. Mỗi mạch đơn là một trình tự nucleotide có định hướng với một đầu là đầu ........
( 5'; 3') phosphate tự do, đầu kia có nhóm OH ở vị trí ........ (C5 ; C3) gọi là đầu
........ (5', 3') hydroxyl tự do.
A. 3'; C3,5' B. 5'; C5,3' C. 3'; C5,5' D. 5'; C3,3' E. 5'; C3,5'
6. Hai mạch đơn của phân tử DNA gắn với nhau thông qua các liên kết ......... (P:
phosphodiester; H: hydro). Các tác nhân làm đứt gãy các liên kết này như khi đun
nóng phân tử DNA ở nhiệt độ khoảng 80 - 95o C sẽ làm cho hai mạch tách rời
nhau. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng ..........(B: biến tính; T: thoái hoá) của
DNA. Sự biến tính này.........(C: có tính thuận nghịch; K: không có tính thuận
nghịch)
A. P, B, C B. H, T, K C. H, B, C D. H, T, C E. P, B, K
7. Bộ gene của vi khuẩn E. Coli và đa số các sinh vật .........( E: Eukaryotae; P:
Prokaryotae) đều là một phân tử DNA xoắn kép có dạng ...........(V:vòng; K: không
tạo vòng) và .........(G: gắn, KG: không gắn) với protein để tạo thành nhiễm sắc thể.
A. P, V, G B. P, V, KG C. E, K, G D. E, K, KG E. P, K, G
8. Mô tả nào dưới đây về nucleosome là không đúng:
A. Đoạn DNA trong cấu trúc có chiều dài tương ứng với khoảng từ 140 đến 150
cặp base
B. Một lõi gồm 8 phân tử protein histone (2 H2A, 2 H2B, 2 H3 và 2H4)
C. Các nucleosome nối với nhau bằng một đoạn DNA khoảng 20 - 60 bp vói một
phân tử histone trung gian.
D. Khoảng 6 solenoid cuộn lại thành một nucleosome đường kính khoảng 30nm
E. Các histone liên kết với phân tử DNA nhờ các liên kết ion hình thành giữa các
nhánh bên mang điện tích âm của các histone với các nhóm phosphate mang
diện tích dương của DNA.
9. Mô tả nào dưới đây về DNA độc bản là đúng:
A. Chiếm khoảng 45% genome
B. Gồm các gene mã hoá cho các protein. Phần mã hóa cho protein chỉ chiếm
một phần nhỏ trên loại DNA này phần lớn còn lại là các intron hoặc là các
đoạn DNA nằm xen giữa các gene.
C. Các đoạn DNA này chỉ được thấy một lần duy nhất (hoặc vài lần) trong
genome
D. A và C đúng E. A, B và C đều đúng
ĐÁP ÁN
1. A 2. D 3. D 4. B 5. D 6. C 7. B 8. D 9. E
12

2. CHỨC NĂNG CỦA DNA
Mục tiêu
Trình bày được:
- Các chức năng cơ bản của DNA
- Cách thức DNA mã hoá thông tin di truyền
BẢO QUẢN VÀ TRUYỀN ĐẠT THÔNG TIN DI TRUYỀN
Tuỳ thuộc vào số lượng, thành phần và trật tự sắp xếp của 4 loại nucleotide mà sẽ
có vô số loại DNA khác nhau tạo nên tính đa dạng và đặc thù cho mỗi DNA. Giả sử có
một chuỗi polynucleotide gồm 10 nucleotide thì sẽ có tới 410
= 1.048.576 loại khác
nhau. Với đặc tính này cho phép phân tử DNA trở thành vật chất mang thông tin di
truyền cho gần như toàn bộ sinh giói.
Thông tin di truyền cho việc tổng hợp một phân tử protein được mã hoá trên
gene, một đoạn của DNA, dưới dạng mã bộ ba.
MÃ DI TRUYỀN
Mỗi protein được cấu tạo từ 1 hoặc nhiều chuỗi polypeptide. Mỗi chuỗi
polypeptid được cấu tạo từ các đơn vị cấu trúc cơ bản là các acid amine. Cơ thể có 20
loại acid amine khác nhau, trình tự của các acid amine này trong chuỗi polypeptide
được DNA quy định.
Mỗi acid amine được mã hóa bởi ba nucleotide kế nhau trên DNA, ba nucleotide
này được gọi là một codon. Với 4 loại nucleotide khác nhau sẽ có 64 codon khác nhau
bởi thành phần và trật tự của các nucleotide (do protein được tổng hợp trực tiếp trên
RNA thông tin, do đó các nucleotide A, U, G và C được sử dụng để minh hoạ các mã
bộ ba) , trong số này có 3 codon kết thúc (stop codon) UAA, UAG và UGA có nhiệm
vụ báo hiệu chấm dứt việc tổng hợp chuỗi polypeptide. Trong số 61 mã còn lại có
nhiều codon cùng mã hóa cho 1 acid amine, hiện tượng này được goi là hiện tượng
thoái hóa mã (degeneration) (bảng 1).
Mã di truyền có tính đồng nhất cho toàn bộ sinh giới trừ một số ngoại lệ đối với
các codon ở ti thể. Ở DNA của bào quan này có một số codon mã cho các acid amine
khác với nghĩa của các codon này trên DNA trong nhân.
Ở ty thể:
- UGA mã cho tryptophan thay vì báo hiệu chấm dứt việc tổng hơp protein.
- AGA và AGG không mã cho arginine mà báo hiệu chấm dứt tổng hợp
protein.
- AUA mã cho methionine thay vì mã cho isoleucine.
13

U Phe Ser Tyr Cys
U P Ser Tyr Cys
U L Ser STOP STOP
U L Ser STOP Trp
C L Pro His Arg
C L Pro His Arg
C L Pro Gln Arg
C L Pro Gln Arg
A Il Thr Asn Ser
A Il Thr Asn Ser
A Il Thr Lys Arg
A M Thr Lys Arg
G V Ala Asp Gly
G V Ala Asp Gly
G V Ala Glu Gly
KHẢ NĂNG NHÂN ĐÔI CHÍNH XÁC
Mô hình DNA cho phép phân tử DNA nhân đôi một cách chính xác dựa trên
nguyên tắc bổ sung theo kiểu bán bảo tồn.
VË TRÊ 1 VË TRÊ 2 VË TRÊ 3
(âáöu 5’) U C A G (âáöu 3’)
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
Bảng 1. Bảng mã di truyền
Ala: Alanine; Arg: arginine; Asn: asparagine; Asp: aspartic acid; Cys: cysteine; Gln: glutamine;
Gla: glutamic acid; Gly: glycine; His: histidine; Ile: isoleucine; Leu: leucine; Lys: lysine; Met:
methionine; Phe: phenylalanine; Pro: proline; Ser: serine; Thr: threonine; Trp: tryptophan;
Tyr: tyrosine; Val: valine
TIỀM NĂNG TỰ SỬA CHỮA
Cấu trúc của DNA tạo cho DNA có tiềm năng sửa chữa các sai sót trong cấu trúc.
Những sai sót xảy ra trên DNA trong quá trình tự nhân đôi hoặc khi không nhân đôi
đều được cắt bỏ và thay thế để đảm bảo tính ổn định và đặc trưng của phân tử DNA.
KHẢ NĂNG ĐỘT BIẾN
Bên cạnh tính ổn định, phân tử DNA vẫn có thể xảy ra biến đổi gây ra các biến dị
di truyền, những biến đổi này sẽ làm thay đổi tính chất của gene và góp phần thúc đẩy
sự tiến hoá.
14

1. Thông tin di truyền được mã hoá như thế nào trên gene ?
2. Hãy nêu các đặc điểm của mã di truyền ?
3. Thế nào là hiện tượng thoái hoá mã ?
4. Nêu những điểm khác nhau cơ bản trong mã di truyền trên DNA ở trong nhân và
trong ti thể.
5. Nêu các chức năng cơ bản của DNA ?
1. Hiện tượng thoái hóa mã là hiện tượng:
A. Một codon cùng mã hóa cho nhiều acid amine
B. 3 codon UAA, UAG và UGA không mang mã mà có nhiệm vụ báo hiệu chấm
dứt việc tổng hợp chuỗi polypeptide.
C. Mỗi codon chỉ mã hóa cho 1 acid amine
D. Nhiều codon cùng mã hóa cho một acid amine
E. Toàn bộ sinh giới có cùng một loại mã di truyền
2. Tổng hợp một chuỗi polynucleotide nhân tạo từ ba loại nucleotide A, G, và T. trên
chuỗi polynucleotide này sẽ có tối đa bao nhiêu loại codon khác nhau ?
A. 64 B. 8 C. 27 D. 9 E. 32
3. Một chuỗi polynucleotide gồm có 10 nucleotide, sẽ có tối đa bao nhiêu kiểu sắp xếp
khác nhau trong trình tự của các nucleotide đó ?
A. 104
B. 1010
C. 410
D. 40 E. 4. 102
4. Acid amine nào dưới đây chỉ được mã hoá bởi mộüt codon duy nhất:
A. Methionine B. Tryptophan C. Lysine
D. Arginine E. Valine
ĐÁP ÁN
1. D 2. C 3. C 4. A
15

3. CƠ CHẾ TỰ NHÂN ĐÔI CỦA DNA
Mục tiêu
- Cơ chế tự nhân đôi DNA ở prokaryote và eukaryote ở mức cơ bản
- Cơ chế tự sửa sai DNA
TỰ NHÂN ĐÔI Ở PROKARYOTE
Quá trình tự nhân đôi của DNA là một quá trình phức tạp. Ở prokaryote quá trình
này gồm những bước sau:
TÁCH RỜI HAI MẠCH ĐƠN CỦA PHÂN TỬ DNA
Quá trình tự nhân đôi bắt
đầu từ một điểm xuất phát gọi
là điểm ori (origine) và triển
khai về cả hai phía. Toàn bộ
DNA dạng vòng
của prokaryote là một
đơn vị sao chép duy nhất.
Mỗi đơn vị sao chép được gọi
là replicon và dođó
bộ gene của
prokaryote chỉ gồm có một
replicon duy nhất.
Đầu tiên các phân tử
protein được gọi là các protein
mở đầu (iniator protein) sẽ gắn
vào điểm Ori. Quá trình gắn
kết này sẽ làm cho 1 đoạn
DNA tháo xoắn tạo thuận lợi
cho sự tác động của enzyme
helicase và các protein SSB
(Single Strand Binding
protein: protein liên kết với
mạch đơn của DNA).
Hình 1: Bắt đầu quá trình tự
nhân đôi của DNA
16

Hai mạch của phân tử DNA sẽ được tách rời nhờ enzyme helicase qua việc phá
vỡ các liên kết hydro giữa các base với năng lượng giải phóng từ NTP (nucleosid 5'
triphosphate). Các mạch đơn sau khi tách rời nhau ra sẽ được duy trì ổn định dưới
dạng mạch đơn nhờ các protein SSB. Các protein SSB gắn lên trên mạch đơn làm cho
hai mạch không tái kết hợp trở lại được. (hình 1)
Dưới tác dụng của enzyme helicase trên DNA mẹ sẽ hình thành một chẻ nhân đôi
(replication fork) để tiến hành quá trình sao chép trên hai mạch khuôn của DNA.
Một loại enzyme protein khác cần thiết cho việc tháo xoắn của DNA là DNA
gyrase một loại enzyme topoisomerase. Enzyme này sẽ chạy trước chẻ ba sao mã
để giúp tháo cấu trúc xoắn của DNA. (hình 2)
Hình 2: Tách rời hai mạch của chuỗi xoắn kép DNA
TỔNG HỢP ĐOẠN MỒI (PRIMER) RNA
Để enzyme DNA polymerase có thể tổng hợp DNA, trước tiên phải có một đoạn
mồi RNA ngắn được tổng hợp nhờ một phức hợp protein gọi là primosome.
Primosome bao gồm nhiều protein và một enzyme tổng hợp RNA dựa trên khuôn
DNA gọi là primase. Nhờ sự có mặt của đoạn mồi RNA này mà enzyme DNA
polymerase mới có thể tiếp tục nối dài chuỗi polynucleotide để phục vụ cho quá trình
nhân đôi của DNA. (hình 3)
TỔNG HỢP CÁC MẠCH MỚI TRÊN KHUÔN DNA
Trong quá trình tổng hợp DNA, enzyme DNA polymerase luôn luôn di chuyển
từ đầu 3' đến đầu 5' và mạch mới luôn luôn được tổng hợp theo chiều từ 5' đến
3'. Enzyme DNA polymerase xúc tác đến đâu thì các protein SSB sẽ được giải
phóng khỏi mạch khuôn DNA đến đó. Có hai loại DNA polymerase tham gia: (1)
DNA polymerase III tổng hợp DNA mới dựa trên nguyên tắc bổ sung; (2) DNA
polymerase I cắt bỏ đoạn mồi RNA. Do hai mạch khuôn của DNA ngược chiều nhau
nên việc tổng hợp mạch mới trên hai mạch khuôn diễn ra không giống nhau.
17

Trên mạch khuôn 3' → 5'
Do DNA polymerase III xúc tác theo hướng từ 3' → 5' nên mạch mới sẽ được
tổng hợp theo hướng 5' →3', cùng hướng với hướng tháo xoắn và được tổng hợp một
cách liên tục, mạch này được tổng hợp sớm hơn mạch kia nên tạm gọi là mạch
trước (leading strand). (hình 4)
Hình 3: Tổng hợp đoạn mồi RNA vào kéo dài chuỗi polynucleotide
Trên mạch khuôn 5' → 3'
Do DNA polymerase đi ngược với hướng tháo xoắn nên mạch mới không được
tổng hợp một cách liên tục mà dưới dạng những đoạn ngắn theo chiều từ 5' → 3' gọi là
đoạn Okasaki với kích thước khoảng từ 1.000 đến 2.000 base, các đoạn Okasaki sau
đó mới được nối lại với nhau nhờ enzyme ligase. Do mạch này được tổng hợp muộn
hơn nên được gọi là mạch sau (lagging strand).
HOÀN CHỈNH CHUỖI POLYNUCLEOTIDE MỚI TỔNG HỢP
Khi mạch kép tách ra, enzyme primase sẽ tổng hợp đoạn mồi RNA khoảng 10
nucleotide có trình tự các base bổ sung với các base trên mạch khuôn theo nguyên tắc
bổ sung. (hình 5)
Trong quá trình tồng hợp các loại nucleosid triphosphat ATP, GTP, TTP, CTP
giàu năng lượng sẽ đến bắt cặp với các nucleotide trên mạch khuôn DNA theo nguyên
tắc bổ sung dưới tác dụng của DNA polymerase III. Các nucleotide mới sẽ được
enzyme này gắn với đầu 3' OH của mạch đang được tổng hợp.
DNA polymerase sẽ tổng hợp mạch mới bằng cách trượt trên mạch khuôn cho
đến khi gặp đoạn mồi RNA phía trước thì dừng lại. DNA polymerase I nhờ hoạt tính
exonuclease 5' → 3' sẽ cắt bỏ đoạn mồi RNA và lắp các nucleotide của DNA vào chỗ
trống và polymer hoá theo hướng 5' → 3' để tạo nên một đoạn DNA ngắn với 10
nucleotide, đoạn này hở hai đầu và sẽ được nối với mạch trước và mạch sau nó bằng
18

enzyme ligase. (hình 5)
.
Hçnh 4:
Quaï trçnhûtæ nhán âäi
trãn hai maûch khuän
cuía DNA ïvåi mäüt
maûch âæåüøc ntgä ühåp
liãn tuûc (mûach trïæåc) vaì
müät mûach âæåüc täøng
håüp thaììnnhg tæ
âoaûn (maûch sau).
19

Hçnh 5:
Quaï trçnh õcàt âûoan
mäöi RNA ìva gàõïn cachuùäi
DNA polynucleotide laûi ïvåi
nhau nhåì enzyme DNA
ligase.
Trong hai phân tử DNA mới được tổng hợp từ DNA mẹ, mỗi DNA chỉ có một
mạch mới được tổng hợp còn mạch kia là của DNA mẹ đóng vai trò khuôn tổng hợp.
Do đó sự tự nhân đôi của DNA được thực hiện theo kiểu bán bảo tồn (semi
conservation).
20

Ở vi khuẩn E. Coli quá trình tự nhân đôi diễn ra rất nhanh, có thể đạt đến tốc độ
50.000 nucleotide/phút. (hình 6)
Hình 6: Quá trình tự nhân đôi của DNA ở prokaryote
QUÁ TRÌNH TỰ NHÂN ĐÔI CỦA DNA Ở EUKARYOTE
Do tế bào eukaryote có bộ gene lớn hơn nhiều và DNA kết hợp với protein để tạo
thành nhiễm sắc thể nên quá trình tự nhân đôi của DNA ở eukaryote diễn ra phức tạp
hơn và chậm hơn (khoảng 50 nucleotide/giây). (hình 7)
Quá trình nhân đôi được thực hiện tại nhiều replicon nghĩa là có nhiều điểm ori
cùng lúc tham gia vào quá trình này và sự nhân đôi cũng lan ra cả 2 phía như ở
prokaryote. Tế bào kiểm soát cơ chế này một cách chặt chẻ, mỗi điểm ori chỉ được
phép thực hiện một lần tự nhân đôi.
Các DNA polymerase ở eukaryote gồm có:
- Polymerase α/primase có nhiệm vụ tổng hợp mồi RNA cho mạch sau. Do
nó không có hoạt tính exonuclease nên không có khả năng sửa sai.
- Polymerase β có chức năng giống DNA polymerase I, có nhiệm vụ tổng hợp
chuỗi polynucleotide, sửa sai và hoàn chỉnh mạch mới sau khi loại bỏ đoạn
mồi RNA.
- Polymerase δ có chức năng giống DNA polymerase III
Ngoài ra còn có các polymerase γ, polymerase ε với chức năng chưa rõ.
Ngoài các polymerase nói trên, quá trình tự nhân đôi của DNA còn có sự tham
gia của nhiều loại protein đặc hiệu như:
- PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen: kháng nguyên nhân tế bào
đang phân chia) đóng vai trò hoạt hoá polymerase ε và δ.
- Các RF- A và C (Replication Factor: yếu tố nhân đôi; RF-A; RF-C) cần thiết
cho hoạt động của polymerase α và δ.
21

Hình 7: Quá trình tự nhân đôi DNA ở eukaryote
Quá trình tự nhân đôi ở eukaryote có thể tóm tắt như sau:
1. DNA đầu tiên được enzyme topoisomerase và RF-A tháo xoắn
2. Trên mạch sau:
- Phức hợp polymerase α / primase phối hợp với RF-A để tổng hợp đoạn
RNA mồi dài khoảng 10 nucleotide.
22

- Phức hợp polymerase α kết hợp với RF-C để kéo dài đoạn mồi thêm
khoảng 20 deoxynucleotide.
- Khi đó phức hợp PCNA - ATP sẽ đình chỉ hoạt động của polymerase α
lại và giúp polymerase δ gắn vào để tổng hợp đoạn Okazaki.
- Polymerase α được giải phóng sẽ chuyẻn lên mạch đối diện (mạch
trước) và tổng hợp liên tục mạch mới.
3. Các phân tử DNA sau khi được tổng hợp sẽ tổ chức lại thành nucleosome
trong vòng vài phút.
Nhìn chung cơ chế tự nhân đôi DNA của eukaryote vẫn chưa được hiểu biết một
cách đầy đủ.
CƠ CHẾ SỬA SAI DNA
Dưới tác động của các nhân tố trong môi trường, DNA có thể bị biến đổi trong
cấu trúc, những biến đổi này sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho cơ thể sinh
vật, vì vậy trong tế bào có nhiều cơ chế khác nhau đảm bảo phân tử DNA không bị
thay đổi dưới tác động của các tác nhân đôi (hình 8)
Hình 8: Cơ chế sửa sai DNA trong quá trình tự nhân đôi và ngoài quá trình
tự nhân đôi.
CƠ CHẾ SỬA SAI DNA TRONG QUÁ TRÌNH TỰ NHÂN ĐÔI
Sự chính xác trong quá trình tự nhân đôi có một ý nghĩa rất quan trọng đối với
hoạt động bình thường của tế bào và của cơ thể, tuy nhiên trong quá trình tự nhân đôi
của DNA nguy cơ xảy ra nhầm lẫn là rất lớn. Thử nhiệm in vitro cho thấy khả năng
sao chép sai là 1.10-5
tức là trong 100.000 nucleotide sẽ có 1 nucleotide bị lắp sai.
Trong thực tế tỷ lệ sai sót thấp hơn rất nhiều, ở người ước tính tần số sai sót là 1.10-9
tức là 1 sai sót xảy ra trong 1 tỷ nucleotide. Sự chính xác này được đảm bảo thông qua
vai trò của một số enzyme DNA polymerase.
23

Ở prokaryote, enzyme DNA polymerase I và III vừa có khả năng polymer hoá,
vừa có hoạt tính exonuclease 5' → 3' và 3' → 5', do đó trong quá trình xúc tác cho
hoạüt động tự nhân đôi của DNA nếu gặp nucleotide lắp sai, enzyme này sẽ lùi lại, cắt
bỏ nucleotide sai theo hướng 3' → 5'.
CƠ CHẾ SỬA SAI DNA NGOÀI QUÁ TRÌNH TỰ NHÂN ĐÔI
Ngoài quá trình tự nhân đôi phân tử DNA cũng có thể bị biến đổi, những biến đổi
này xảy ra với tần số không nhỏ nhưng nhờ cơ chế sửa sai nên những biến đổi này
được duy trì ở mức thấp.
Nguyên tắc sửa sai được tóm tắt như sau: Các enzyme đặc hiệu có nhiệm vụ phát
hiện trình tự sai, gắn vào đó và cắt đoạn này ra khỏi DNA rồi sử dụng mạch đúng để
làm khuôn để tổng hợp lại đoạn vừa bị cắt cho đúng. Có khoảng 50 enzyme thuộc loại
này.
1. Hãy nêu những điểm cơ bản trong quá trình nhân đôi của prokaryote ?
2. Hãy nêu những điểm cơ bản trong quá trình nhân đôi của eukaryote ?
3. Những điểm khác nhau cơ bản trong quá trình tự nhân đôi trên hai mạch của DNA
ở prokaryote ?
4. DNA được sửa sai như thế nào trong quá trình tự nhân đôi và trong giai đoạn
không nhân đôi?
1. Quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae bắt đầu từ một vị trí xuất phát gọi là:
A. Điểm ori B. Replicon C. Codon
D. Chẻ nhân đôi E. Okazaki
2. Mỗi đơn vị sao chép trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae được gọi là:
3. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, các phân tử protein được gọi là các
protein mở đầu (iniator protein) sẽ gắn vào một vị trí trên DNA đểî làm cho 1 đoạn
DNA tháo xoắn tạo thuận lợi cho sự tác động của enzyme helicase và các protein
SSB, vị trí đó là:
4. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, enzyme helicase có nhiệm vụ:
A. Làm ổn định các mạch đơn của DNA sau khi tách nhau ra và làm cho hai
mạch không tái kết hợp trở lại được
24

B. Tháo xoắn phân tử DNA
C. Tổng hợp đoạn mồi RNA
D. Tiếp tục nối dài chuỗi polynucleotide
E. Phá vỡ các liên kết hydro giữa các base để tách hai mạch của phân tử DNA
5. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, các protein SSB có nhiệm vụ:
6. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, enzyme DNA gyrase có nhiệm vụ:
7. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, enzyme topoisomerase có nhiệm vụ:
8. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, enzyme primase có nhiệm vụ:
9. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, enzyme DNA polymerase có nhiệm vụ:
25

10. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, enzyme nào dưới đây có nhiệm vụ hình
thành chẻ nhân đôi
A. Helicase B. Topoisomerase C. DNA gyrase
D. DNA polymerase E. Primase
11. Trong quá trình tự nhân đôi ở Prokaryotae, phức hợp protein primosome có nhiệm
vụ:
12. Trong thực tế tỷ lệ sai sót trong quá trình tự nhân đôi ở người ước tính có tần số:
A. 1.10-5
tức là 1 sai sót xảy ra trong 100.000 nucleotide.
B. 1.10-6
tức là 1 sai sót xảy ra trong 1 triệu nucleotide.
C. 1.10-7
tức là 1 sai sót xảy ra trong 10 triệu nuclotide.
D. 1.10-8
tức là 1 sai sót xảy ra trong 100 triệu nucleotide.
E. 1.10-9
tức là 1 sai sót xảy ra trong 1 tỷ nucleotide.
13. Cơ chế sửa sai DNA trong quá trình tự nhân đôi được đảm bảo thông qua vai trò
của enzyme
A. Helicase B. Topoisomerase C. DNA gyrase
D. DNA polymerase E. Primase
ĐÁP ÁN
1. A 2. B 3. A 4. E 5. A 6. B 7. B 8.C 9. D 10. A 11. C
12. E 13. D
26

4. RNA (ribonuclic acid)
Mục tiêu
- Cấu trúc chung của phân tử RNA
- Cấu trúc và chức năng của các loại RNA
Các RNA được tổng hợp từ các gene tương ứng trên DNA , đóng vai trò trung
gian trong quá trình sinh tổng hợp protein. Các phân tử RNA đều có đặc điểm chung
như sau về cấu trúc (hình 1):
- Cấu trúc đa phân dạng mạch đơn polynucleotide.
- Trong cấu trúc của các đơn phân nucleotide: đường pentose là ribose
C5H10O5, base Uracil (U) thay cho thymin (T).
Hình 1: (a) Cấu trúc bậc 1 (mạch thẳng) của RNA; (b) Cấu trúc bậc 2 của RNA
(tạo xoắn không hoàn toàn)
27

Căn cứ trên chức năng có thể chia ra làm 3 loại RNA cơ bản sau:
- RNA thông tin (mRNA: messenger RNA)
- RNA vận chuyển (tRNA: transfer RNA)
- RNA ribosome (rRNA: ribosomal RNA)
CÁC LOẠI RNA
rRNA (RNA ribosome)
Hình 2: Các rRNA được hoàn thiện sau khi phiên mã. Lưu ý là ở eukaryote không xảy ra quá
trình cắt tỉa những đoạn nucleotide và phân tử 5S rRNA được phiên mã
riêng từ gene rRNA nhỏ (small rRNA)
Trong tế bào rRNA gắn với các protein thành một phức hợp ribonucleoprotein
gọi là ribosome tham gia vào quá trình giải mã. rRNA chiếm từ 75% đến 80% tổng số
RNA của tế bào. Dựa trên hệ số lắng S (S: sedimentation) trong quá trình ly tâm phân
tích mà người ta chia thành các loại sau (hình 22):
Ở prokaryote các ribosome có hệ số lắng 70S, gồm 2 đơn vị:
- Đơn vị lớn 50S có 1 rRNA 23S và 1 rRNA 5S
- Đơn vị nhỏ 30S chỉ có 1 rRNA 16S
Ở Eukaryota các ribosome có hệ số lắng 80S, gồm 2 đơn vị:
- Đơn vị lớn 60S có 1 rRNA 28S và 1 rRNA 5,8S và 1 rRNA 5S.
- Đơn vị nhỏ 40S chỉ có 1 rRNA 18S
rRNA có cấu trúc không gian phức tạp do có nhiều đoạn bắt cặp với nhau theo
nguyên tắc bổ sung.
tRNA (RNA vận chuyển)
tRNA có nhiệm vụ gắn với amio acid đặc hiệu để đưa đến ribosome trong quá
trình giải mã. Mỗi amino acid có ít nhất một tRNA đặc hiệu. Các tRNA có cấu trúc
28

chung như sau (hình 3):
Có khoảng từ 73 - 93 nucleotide
Cuộn xoắn một đầu dựa trên nguyên
tắc bổ sung giữa các cặp nucleotide AU
và GC nhưng không hoàn toàn tạo nên
hình lá chẻ ba với các quai (loop) không
tạo xoắn.
Đầu 3' của nhánh tiếp nhận (acceptor
arm) có trình tự kết thúc là CCA, đây là
đầu gắn amino acid trong quá trình vận
chuyển thông qua liên kết cộng hoá trị.
(hình 4)
Nhánh TψC có mang 3 base T,
pseudouracyl (ψ) và C trong quai
Một đầu không tạo xoắn mang bộ ba
đối mã (anticodon) bổ sung với bộ ba mã
sao (codon) trên phân tử mRNA. Một đặc
điểm đáng chú ý của tRNA là một tRNA
có thể kết hợp với hai codon khác nhau
cùng mã hoá cho một amino acid. Hçnh 3: Cáúu tcrucuía müät tRNA
Việc gắn amino acid vào
tRNA đặc hiệu được thực hiện
qua trung gian của enzyme
amino acyl-tRNA synthetase.
Có 20 loại enzyme này tương
ứng với 20 loại amino acid khác
nhau. Quá trình gắn amino acid
vào tRNA gồm hai giai đoạn như
sau:
Hçnh 4: Vë trê gàõn amino acid trãn tRNA
Giai đoạn 1: enzyme nhận
biết và gắn với một amino acyl
đặc hiệu
Enzyme + amino acid +
ATP → Enzyme-aminoacyl-
AMP +P-P
Giai đoạn 2: Amino acid
chuyển từ phức hợp enzyme-
aminoacyl sang tRNA tương ứng
Enzyme-aminoacyl-AMP + tRNA → tRNA-aminoacyl +AMP + Enzyme
29

mRNA (RNA thông tin)
Được sao ra từ trình tự ncleotide trên DNA, có vai trò chuyển thông tin mã hoá
trên DNA đến ribosome để tổng hợp phân tử protein tương ứng. mRNA có cấu trúc
mạch đơn. mRNA của prokaryote có cấu trúc đơn giản, thời gian bán huỷ ngắn, trung
bình khoảng 2 phút, mRNA của eukaryote có thời gian bán huỷ lâu hơn, khoảng từ 30
phút đến 24 giờ.
mRNA có đoạn đầu mang các tín hiệu cho ribosome nhận biết để gắn vào và bắt
đầu thực hiện quá trình dịch mã và phần đuôi mang mã kết thúc để báo hiệu chấm dứt
quá trình dịch mã.
RIBOZYME VÀ KHẢ NĂNG TỰ CẮT (SELF-SPLICING)
Một số RNA có khả năng xúc tác như vai trò của các protein enzyme được gọi là
ribozyme. Ở những RNA này quá trình tự cắt có thể xảy ra trên RNA mà không
cần đến vai trò của các enzyme protein. Hoạt động này liên quan đến sự biến đổi cấu
trúc của đoạn intron trên RNA làm cho đoạn intron có hoạt tính xúc tác tương tự
enzyme, tự xúc tác cho quá trình tự cắt ra khỏi RNA.
1. RNA có cấu trúc hoá học như thế nào ?
2. Mô tả cấu trúc không gian và chức năng của rRNA, mRNA và tRNA ?
3. Phức hệ tRNA – aminoacyl được hình thành như thế nào ?
1. Trên mRNA, bộ ba mã ........ (A: AUG; B: UAA; C: UAG) mã hoá cho methionine
(Met) sẽ bắt đầu cho quá trình dịch mã. Mặc dù chỉ có 1 codon mã hoá cho Met
nhưng có....... ( 1. một; 2. hai; 3. ba) loại tRNA mang Met đến ribosome.
A. A, 2 B. A, 1 C. B,2 D.C, 3 E. B, 1
2. Sự khác biệt cơ bản trong cấu trúc giữa đơn phân của DNA và RNA ở vị trí:
A. H3PO4 B. Đường C. Base nitric
D. B và C đúng E. A, B và C đều đúng
3. Các loại base nitric có thể xuất hiện ở trong cấu trúc của 1 phân tử ribonuclotide:
A. A, T, G, X và một số biến dạng khác B. U, T, G, X
C. A, U, G, X và một số biến dạng khác D. A, T, U, G, X
E. A, G, X
4. Phân tử đường có mặt trong cấu trúc của phân tử RNA là:
A. Glucose B. Fructose C. Deoxyribose
D. Galactose E. Ribose
30

5. Sự khác biệt cơ bản trong cấu trúc giữa các loại RNA do các yếu tố sau quyết định:
A. Số lượng, thành phần các loại ribonuclotide trong cấu trúc
B. Số lượng, thành phần, trật tự của các loại ribonuclotide và cấu trúc không gian
của ARN
C. Thành phần và trật tự của các loại ribonuclotide
D. Cấu trúc không gian của các loại RNA
E. Số lượng các loại ribonuclotide
6. Mô tả nào sau đây về tRNA là đúng:
A. tRNA là một mạch polyribonuclotide có số ribonuclotide tương ứng với số
nuclêôtít trên một mạch của gen cấu trúc
B. tRNA là một mạch polyribonuclotide gồm từ 80 đến 100 ribonuclotide không
tạo xoắn, một đầu tự do còn một đầu mang axít amin
C. tRNA là một mạch polyribonuclotide gồm từ 80 đến 100 ribonuclotide cuốn
xoắn ở một đầu trên cơ sở nguyên tắc bổ sung thực hiện giữa tất cả các ribonuclotide
của tARN, một đầu mang axít amin và một đầu mang bộ ba đối mã.
D. tRNA là một mạch polyribonuclotide gồm từ 80 đến 100 ribonuclotide cuốn
xoắn ở một đầu, có đoạn các cặp base liên kết theo nguyên tắc bổ sung và có những
đoạn không liên kết bổ sung, tạo nên những thùy tròn, một đầu tự do mang amino acid
đặc hiệu và một thùy tròn mang bộ ba đối mã
E. tRNA có dạng mạch đơn hay cuộn xoắn một đầu với số ribonuclotide từ 160
đến 13000, những tRNA này sẽ kết hợp với những protein đặc hiệu để tạo nên các tiểu
phần ribosome
7. Trong phân tử ARN nguyên tắc bổ sung được thực hiện giữa:
A. A và U bằng 3 liên kết hydro; G và X bằng 2 liên kết hydro
B. A và T bằng 2 liên kết hydro; G và X bằng 3 liên kết hydro
C. A và T bằng 3 liên kết hydro; G và X bằng 2 liên kết hydro
D. A và U bằng 2 liên kết hydro; G và X bằng 3 liên kết hydro
E. A và G bằng 2 liên kết hydro; T và X bằng 3 liên kết hydro
ĐÁP ÁN
1. A 2. D 3. C 4. E 5. B 6. D 7. D
31

5. QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ (TRANSCRIPTION)
Mục tiêu
- Quá trình phiên mã cơ bản của eukaryote và prokaryote
- Quá trình hình thành mRNA của eukaryote
Quá trình phiên mã (hinh 1) cho phép
tổng hợp RNA trên khuôn DNA thông qua sự
xúc tác của hệ enzyme RNA polymerase (tên
đầy đủ là DNA-dependent-RNA polyme-
rase). Như vậy DNA không những có khả
năng tổng hợp nên DNA mà còn có khả năng
tổng hợp nên RNA, một phân tử khác. Khả
năng này của DNA được gọi là khả năng dị xúc
tác (heterocatalysis).
Quá trình phiên mã dù ở prokaryote hoặc
ở eukaryote đều tuân theo các nguyên tắc cơ
bản sau:
Hçnh 1: Quaï trçnh phiãn mîa trãDnNA
- Chỉ một trong hai mạch của DNA được dùng làm khuôn để tổng hợp RNA.
- Không cần sự tham gia của đoạn mồi (primer)
- RNA polymerase bám vào DNA làm tách rời hai mạch của DNA và di
chuyển trên khuôn DNA theo hướng từ 3' đến 5' và do đó mRNA được tổng
hợp theo hướng từ 5' đến 3'.
Hình 2: Quá trình phiên mã ở prokaryote
Do enzyme RNA polymerase không có khả năng sửa sai nên độ chính xác kém
hơn nhiều so với quá trình tự nhân đôi, tuy nhiên do RNA không được sao chép nên
không ảnh hưởng đến việc truyền đạt thông tin quá các thế hệ.
32

QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE
Ở prokaryote chỉ có một loại RNA polymerase chịu trách nhiệm tổng hợp tất cả
các loại RNA. RNA polymerase có cấu trúc bậc 4 với năm chuỗi polypeptid β'; β; α;
ω và σ. Các chuỗi này nối với nhau bằng các liên kết yếu. Enzyme này sẽ bám vào vị
trí khởi động (promotor) trên mạch DNA dùng làm khuôn để bắt đầu tổng hợp mRNA
(hình 2, 3).
Hình 3: Tóm tắt quá trình phiên mã
Phân tử mRNA được tổng hợp có thể chứa thông tin cho nhiều gene nối tiếp
nhau (polycistronic mRNA), các protein do các gene này mã hoá thường liên quan với
nhau trong một quá trình chuyển hoá nào đó.
Quá trình phiên mã có thể tóm tắt thành 3 giai đoạn như sau:
GIAI ĐOẠN MỞ ĐẦU
Hình 4: Vị trí khởi động (promotor)
Vị trí khởi động trên DNA thường là một trình tự gồm 6 nuclotide, một nằm ở
cách điểm bắt đầu tổng hợp RNA 10 bp (trình tự - 10) và một cách điểm bắt đầu
tổng hợp 35bp (trình tự -35).
33

Tiểu đơn vị σ giúp RNA polymerase nhận biết vị trí khởi động trên một
mạch của DNA. Đầu tiên nó sẽ gắn vào vị trí trình tự -35, sự gắn kết này sau đó sẽ
làm cho trình tự -10 tháo xoắn và một sợi đơn DNA sẽ được sử dụng làm khuôn để
tổng hợp RNA. (hình 3, 4)
Hình 5: Giai đoạn khởi đầu và kéo dài trong quá trình phiên mã
GIAI ĐOẠN KÉO DÀI
Khi phân tử RNA đang tổng hợp có khoảng 8 nucleotide thì tiểu đơn vị σ sẽ tách
khỏi phức hơp enzyme RNA polymerase và sẽ gắn vào một promotor khác để bắt
đầu một quá trình phiên mã mới đồng thời RNA polymerase sẽ gắn thêm các nhân tố
kéo dài (elongation factors) sự tách rời của đơn vị này sẽ giúp RNA polymerase tiếp
tục trượt trên mạch khuôn để để tổng hợp RNA. (hình 5)
Trong quá trình tổng hợp RNA, sợi RNA đang tổng hợp sẽ tách dần khỏi mạch
khuôn của DNA và đoạn DNA sau khi phiên mã sẽ được RNA polymerase đóng xoắn
trở lại. (hình 3)
34

GIAI ĐOẠN KẾT THÚC
Trên DNA của vi khuẩn có các dấu hiệu kết thúc, khi RNA polymerase gặp dấu
hiệu này thì sẽ ngừng phiên mã, giải phóng RNA và xúc tác cho một quá trình phiên
mã mới. Phân tử tRNA và rRNA sau khi giải phóng sẽ tiếp tục hoàn thiện cấu trúc bậc
2. (hình 8)
Ở vi khuẩn có 2 kiểu kết
thúc:
(1) Các dấu hiệu kết thúc
phụ thuộc vào yếu tố Rho
(Rho-dependent terminators),
dấu hiệu này sẽ đình chỉ quá
trình phiên mã khi có mặt yếu
tố Rho (ρ).
(2) Các dấu hiện kết thúc
không phụ thuộc vào yếu tố
Rho (Rho-independent
terminators) có thể chấm dứt
quá trình phiên mã khi không
có yếu tố Rho.
Cơ chế hoạt động của các
dấu hiện kết thúc không
phụ thuộc vào yếu tố Rho
(hình 6)
Trên DNA mang các đọan
lặp đảo ngược (inverted
repeats), đây là một đoạn có
trình tự nucleotide đảo ngược
trên DNA và có thể bổ sung cho
nhau.. Khi đoạn này được phiên
mã chúng sẽ tạo thành cấu trúc
dạng kẹp tóc (hairpin)
Phía sau đoạn lặp đảo
ngược thứ hai có một trình tự
khoảng 6 nucleotide adenine,
được phiên mã thành chuỗi
polyuracyl phía sau cấu trúc
kẹp tóc trên RNA
Sự có mặt của cấu trúc kẹp
tóc sẽ làm cho RNA polymera
di chuyển chậm và dừng lại
dẫn đến việc chấm dứt việc
phiên mã. Sự bổ sung giữa A
và U phía sau cấu trúc kẹp tóc
Hình 6: Kết thúc phiên mã bằng các dấu hiện kết thúc
không phụ thuộc vào yếu tố Rho
35

tương đối không hằng định tạo thuận lợi cho việc tách RNA ra khỏi mạch khuôn.
Cơ chế hoạt động của các dấu hiện kết thúc phụ thuộc vào yếu tố Rho
(hình 7,8)
Hình 7: Kết thúc phiên mã bằòng các dấu hiện kết thúc phụ thuộc vào yếu tố Rho
Trên DNA mang các trình tự báo hiệu chấm dứt hoạt động phiên mã, gọi là dấu
hiệu kết thúc.
Phía trước dấu hiệu kết thúc là một trình tự DNA mã cho một đoạn RNA không
có khả năng tạo nên cấu trúc bậc 2 gọi là đoạn RNA không được cấu trúc
(unstructed RNA). Protein Rho sẽ gắn vào vị trí này trên RNA và di chuyển về phía
đầu 3' theo hướng của enzyme RNA polymerase.
RNA polymerase sẽ dừng lại khi gặp dấu hiệu kết thúc tạo điều kiện cho yếu tố
Rho bắt kịp. Yếu tố này có hoạt tính như enzyme helicase sẽ tách cấu trúc kép RNA-
DNA , giải phóng RNA và chấm dứt quá trình phiên mã.
36

Hình 8: Phân tử RNA hoàn thiện cấu trúc bậc 2
QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
Việc xúc tác cho quá trình phiên mã ở eukaryote do 3 loại RNA polymerase I. II.
III chịu trách nhiệm trong đó RNA polymerase III phiên mã cho các RNA nhỏ như
tRNA và loại RNA 5S, snRNA (small nuclear RNA: RNA nhỏ ở nhân).
Phân tử mRNA được tổng hợp chỉ chứa thông tin của 1 gene mà thôi
(monocistronic mRNA). Nhưng khác với prokaryote, mRNA sau khi phiên mã sẽ
không tham gia ngay vào quá trình dịch mã mà phải qua một quá trình chế biến
mới trở thành mộüt mRNA trưởng thành (hình 30) tham gia dịch mã, quá trình này
được gọi là quá trình trưởng thành (maturation). mRNA trước khi qua quá trình trưởng
thành được gọi là tiền mRNA (premessenger RNA). (hình 9)
Hình 9: Cấu trúc chung của một mRNA trưởng thành ở eukaryote
Quá trình phiên mã ở eukaryote trãi qua các giai đoạn sau:
GIAI ĐOẠN MỞ ĐẦU
Chịu sự kiểm soát của một trình tự đặc biệt trên DNA gọi là lõi khởi động (core
promoter) trong đó có trình tự lặp gọi là hộp TATA (TATA box) nằm cách vị trí phiên
mã khoảng 25 - 35 nucleotide có vai trò quan trọng trong quá trình phiên mã ở
eukaryote.
37

Vai trò của RNA polymerase II
(hình 11)
RNA polymerase II bắt đầu
phiên mã với sự phối hợp với các
nhân tố phiên mã (TF: transcription
factors) có bản chất là protein gồm
có TFIID, TFIIB, TFIIA, TFIIE và
TFIIH. Chữ TFII ký hiện cho loại
TF phối hợp với RNA polymerse
II, các kỹ tự phía sau đại diện cho
các loại TF khác nhau.
Hçnh 10: TBP gàõn ïvåi ühäp TATA trãn DNA, íbe
cong DNA thaình hçnh yãn ngæûa
Hình 11: Giai đoạn khởi đầu quá trình phiên mã ở eukaryote với RNA polymerase II
38

TFIID gắn với hộp TATA và vị trí hoạt động của RNA polymerase II để đảm bảo
cho quá trình phiên mã bắt đầu một cách chính xác. TFIID có ít nhất chín chuỗi
polypeptide, một trong chúng được gọi là TBP (TATA-binding protein: protein gắn
với TATA) có khả năng ghi nhận và gắn vào hộp TATA trên DNA khuôn, bẻ cong
đoạn DNA thành hình yên ngựa tạo thuận lợi cho hoạt động phiên mã. (hình 10)
Một phức hợp gồm DNA polymerase, các yếu tố phiên mã, các yếu tố trung gian
khác đến gắn với TFIID. TFIIA có vai trò duy trì mối quan hệ giữa TFIID và DNA,
TFIIB giúp chọn lựa vị trí bắt đầu, TFIIH giúp tháo xoắn DNA, các chất trung gian
đóng vai trò trung gian giữa hệ thống phiên mã và các protein hoạt hóa cho quá trình
phiên mã.
Ngay phía trước lõi khởi động là một trình tự lặp gọi là vùng điều hòa khởi động
(regulatory promoter). Vùng này sẽ kết hợp với các protein hoạt hóa cho quá trình
phiên mã và qua đó ảnh hưởng tới tốc độ phiên mã.
Trên DNA có các trình tự với tác dụng tăng cường hoạt động phiên mã của các
gene gọi là vùng tăng cường (enhancer), vùng này có thể nằm ở phía trước hoặc phía
sau gene và cách xa gene mà nó điều khiển, đôi khi vùng này nằm trong các intron của
gene. Mặc dù nằm cách xa vùng khởi động nhưng thông qua các protein hoạt hóa cho
quá trình phiên mã, DNA sẽ tạo thành một quai DNA làm cho vùng tăng cường và
vùng khởi động nằm sát nhau để điều khiển quá trình phiên mã.
Vai trò của RNA polymerse I (hình 12)
Hình 12: Giai đoạn khởi đầu quá trình phiên mã ở eukaryote với RNA polymerase I
RNA polymerase I cần có 2 protein là SL1 và UBF để bắt đầu cho quá trình
phiên mã. 2 protein này sẽ gắn vào 2 vùng chức năng trên DNA, một vùng nằm quanh
vị trí bắt đầu phiên mã kéo dài từ vị trí -40 đến +20 gọi là yếu tố lõi (core element) cần
thiết cho việc bắt đầu phiên mã và một vùng ở phía trước vùng yếu tố lõi ở vị trí -180
39

đến -107 gọi là yếu tố kiểm soát
(control element) có vai trò tăng
cường hiệu quả hoạt động của vùng
quanh vị trí phiên mã. 2 vùng này
giàu GC và có trình tự giống nhau
Như vậy cả hai enzyme RNA
polymerase I và II đều vó vai trò
quan trọng như nhau trong việc bắt
đầu quá trình phiên mã.
Vai trò của RNA polymersase III
(hình 13)
Chỉ xúc tác cho quá trình phiên
mã các RNA nhỏ như tRNA và loại
RNA 5S, snRNA. Vùng tác động của
enzyme này có thể nằm phía trước vị
trí phiên mã (snRNA) hoặc nằm
trong vùng phiên mã (t và rRNA).
GIAI ĐOẠN KÉO DÀI
mRNA được tổng hợp trên
mạch khuôn của DNA nhờ nhân tố
TFIIS
GIAI ĐOẠN KẾT THÚC
Hçnh 13: Caïc vë trê kíhåi âüäng khaïc nhau trãïn ca
loaûi gene ícua RNA polymerase III
Giai đoạn này ở eukaryote chưa được biết một cách tường tận. 3 loại RNA
polymerase sử dụng các cơ chế khác nhau để chấm dứt việc phiên mã.
RNA polymerase I cần một yếu tố kết thúc giống như yếu tố Rho ở vi khuẩn, yếu
tố này gắn với một trình tự DNA ở phía sau vị trí kết thúc.
RNA polymerase III kết thúc phiên mã sau khi phiên mã một trình tự kết thúc tạo
ra một chuỗi gồm các uracyl trên phân tử RNA, quá trình này không cần sự hình thành
cấu trúc "kẹp tóc" phía trước chuỗi uracyl như ở vi khuẩn.
Đối với các gene phiên mã dưới tác động của RNA polymerase II, quá trình
phiên mã có thể chấm dứt tại nhiều vị trí nằm trong khoảng từ vài trăm đến vài ngàn
cặp base ở phía cuối gene.
QUÁ TRÌNH TRƯỞNG THÀNH CỦA CÁC TIỀN mRNA
Quá trình trưởng thành của các tiền mRNA xảy ra ở trong nhân tế bào từ trước
khi quá trình phiên mã kết thúc. Quá trinh này gồm các bước sau:
GẮN MŨ CHỤP (CAPPING)
Ngay sau khi bắt đầu phiên mã, một nhóm phosphate của nucleotide đầu 5' sẽ
bị tách đi tạo điều kiện cho một guanine với 1 phosphate gắn vào đầu 5', sau đó base
guanine sẽ gắn thêm nhóm methyl vào vị trí số 7 (7-methyl guanin), sự mehtyl hóa
này có thể xảy ra ở vị trí 2' trên phân tử đường của một hoặc một số nucleotide tiếp
theo.
40

Mũ chụp có vai trò hết sức
quan trọng trong quá trình dịch mã
vì các protein ghi nhận mũ chụp sẽ
bám vào đây và ribosome sẽ bám
vào các protein này để bắt đầu cho
quá trình dịch mã. Ngoài ra mũ
chụp còn giúp giữ cho cấu trúc của
mRNA được hằng định và ảnh
hưởng đến quá trình cắt bỏ các
intron. (hình 14)
GẮN ĐUÔI POLYA
Ngay sau khi phiên mã xong,
các tiền mRNA (pre mRNA) sẽ bị
cắt ở vị trí nằm phía sau một trình
tự đồng nhất (consensus sequence)
AAUAAA khoảng 11 - 30
nucleotide. Sau đó enzyme polyA
polymerase và một số yếu tố khắc
sẽ giúp gắn một lượng adenin và
đầu 3' của mRNA, sau khi gắn
khoảng 10 adenine, một protein gọi
là PABP (PolyA Binding Proein:
pretein liên kết với polyA) sẽ gắn
vào đuôi poly A và giúp phát triển
tiếp tục chuỗi polynucleotide
adenin, càng nhiều PABP gắn vào
sẽ có càng nhiều adenine trong đuôi
poly A.Số lượng adenin trong đuôi
poly A khoảng từ 50 - 250.
Đuôi poly A giúp duy trì sự ổn
định của mRNA và kéo dài thời
gian hoạt động dịch mã của RNA
này. Sự ổn định của mRNA phụ
thuộc vào các protein gắn vào đuôi
polyA. (hình 15)
Hình 14: Quá trình hình thành mũ chụp (cap) ở đầu
5' bằng cách gắn thêm guanine và methyl hóa.
41

Hình 15: Gắn đuôi poly A vào đầu 3' của tiền mRNA
CẮT NỐI (SPLICING)
Trong bước này tiền mRNA sẽ cắt bỏ các đoạn intron không mang mã và nối các
đoạn exon mang mã lại với nhau. Có 3 trình tự đóng vai trò quan trọng trong quá trình
này là (hình 16):
Hình 16: Các vị trí quan trọng trong việc cắt nối tiền mRNA
- Trình tự cho GU ở đầu 5' của intron (một số ít là AU)
- Điểm nhánh (branch point) là một trình tự nucleotide với một adenine
nằm ở phía trước vị trí cắt ở đầu 3' khỏang từ 18 đến 40 nucleotide. Trình tự
này không có độ đồng nhất cao nhưng thường có dạng YNYYRAY (Y:
nucleotide pyrimidine, N: bất cứ loại nucleotide nào, R: nucleotide purine,
và A : adenine). Đột biến xảy ra ở vùng này sẽ làm cho quá trình căt nối
không xảy ra được.
- Trình tự nhận AG ở đầu 3' (một số ít là AC)
Quá trình cắt nối được thực hiện với sự tham gia của một phức hợp lớn có tên là
splicesome (thể cắt nối), được cấu tạo từ nhiều phân tử RNA và protein. Các phân
tử RNA tham gia vào cấu trúc của splicesome là các RNA nhân nhỏ (snRNAs),
những snRNA này sẽ kết hợp với các protein để tạo thành các snRNP (small
ribonucleoprotein particles: tiểu phần ribonucleoprotein nhỏ), mỗi snRNP chứa
một snRNA và nhiều protein. Splicesome gồm 5 snRNP được gọi tên theo loại snRNA
mà nó mang trong cấu trúc (U1, U2, U4, U5 và U6).
42

Trước khi quá trình cắt nối xảy ra exon trước (exon 1) và exon sau (exon 2) được
tách ra bởi 1 intron. Tiền mRNA được cắt nối theo hai bước sau (hình 17):
Hình 17: Quá trình cắt bỏ các đoạn intron trong tiền mRNA để tạo thành mRNA trưởng thành
Bước 1
Tiền mRNA bị cắt ở vị trí cắt 5' làm giải phóng exon 1 ra khỏi intron và đầu 5'
của intron sẽ gắn vào điểm nhánh bằng cách uốn cong lại tạo thành một cấu trúc hình
"nút thòng lọng" (lariat). Nucleotide guanine ở đầu cắt 5' của intron sẽ liên kết với
nucleotid adenine của điểm nhánh. Nhóm OH trên carbon 2' của adenine tại điểm
nhánh sẽ phá vỡ liên kết 5' phosphodiester của guanine ở vị trí cắt 5', và tạo thành một
liên kết 5' - 2' phosphodiester mới giữa guanine và adenine. Quá trình này được gọi là
quá trình chuyển ester hóa (transesterification).
Bước 2
Vị trí cắt 3' sẽ bị cắt và đồng thời đầu 3' của exon 1 sẽ gắn với đầu 5' của exon 2
bằng liên kết hóa trị, phản ứng này cũng được thực hiện qua quá trình chuyển ester
hóa, trong đó nhóm 3'-OH của exon 1 sẽ phá vỡ liên kết phosphodiester ở vị trí cắt 3'
và tạo thành liên kết phosphodiester mới giữa đầu 3' của exon 1 và đầu 5' của exon 2.
Khi đó đoạn intron được cắt bỏ dưới dạng nút thòng lọng. nút thòng lọng intron này sẽ
trở thành mạch thẳng và nhanh chóng bị thoái hóa dưới tác dụng của các enzzyme của
nhân. Giữa các exon và intron khác cũng diễn ra quá trình tương tự để tạo thành
mRNA trưởng thành (mature mRNA) chỉ gồm các đoạn exxon. mRNA trưởng
thành sau đó sẽ vào bào tương tham gia quá trình dịch mã.
1. Nêu các nguyên tắc cơ bản của quá trình phiên mã ?
2. Trình bày các giai đoạn cơ bản trong quá trình phiên mã ở prokaryote ?
3. Trình bày các giai đoạn cơ bản trong quá trình phiên mã ở eukaryote ?
43

4. Ở eukaryote, sau khi mRNA được tổng hợp, sẽ trãi qua những biến đổi như thế nào
để trở thành một mRNA trưởng thành có thể tham gia quá trình dịch mã ?
1. Mũ chụp G trên mRNA cho phép các ...... (P: protein; A: amino acid; N:nucleotide)
ghi nhận mũ chụp bám vào đây và .......(R: ribosome; T: tRNA; E:enzyme) sẽ bám
vào các protein này để bắt đầu cho quá trình dịch mã và giúp giữ cho cấu trúc của
mRNA được ........(H: hằng định; L: linh hoạt)
A. P, T, L B. A, R, H C. N, E, H
D. A, R, L E. P, R, H
2. Trong quá trình phiên mã của Eukaryote, đuôi poly A có nhiệm vụ:
A. Giúp duy trì sự ổn định của mRNA
B. Kéo dài thời gian hoạt động dịch mã của RNA
C. Nối các đoạn exon lại với nhau
D. A, B đúng
E. A, B, C đều đúng
3. Trên mRNA, bộ ba mã ........ (A: AUG; B: UAA; C: UAG) mã hoá cho methionine
(Met) sẽ bắt đầu cho quá trình dịch mã. Mặc dù chỉ có 1 codon mã hoá cho Met
nhưng có...... ( 1. một; 2. hai; 3. ba) loại tRNA mang Met đến ribosome.
A. A, 2 B. A, 1 C. B,2 D. C, 3 E. B, 1
4. Sau khi quá trình tổng hợp mRNA bắt đầu, đầu 5' của mRNA đang được tổng hợp sẽ
được gắn thêm:
A. Enzyme RNA polymerase II
B. Một chuỗi poly A
C. Một đoạn base gồm 100 đến 200 Uracyl
D. Một nucleotide Adenine được methyl hóa
E. Một nucleotide Guanine được methyl hóa
5. Để tạo thành đầu "5' cap" thì đầu 5' của phân tử mRNA đang được tổng hợp sẽ
được "bít" lại bằng cách gắn thêm một nucleotide được methyl hóa loại:
A. Adenine B. Cytosine C.Uracyl
D. Thymine E. Guanine
ĐÁP ÁN
1. E 2. D 3. A 4. E 5. E
44

6. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN
Mục tiêu
- Cấu trúc chung của các amino acid
- Cấu trúc chung của protein
- Các chức năng cơ bản của protein
CẤU TRÚC CỦA PROTEIN
Protein có cấu trúc đa phân tử với đơn phân là amino acid. Có tất cả 20 loại
amino acid khác nhau, tất cả đều có cấu trúc chung như sau. (hình 1)
- Một nhóm amine (-NH2)
- Một nhóm carboxyl (- COOH)
- Một gốc R đặc trưng cho từng loại
aminoacid, quy định tính chất của
từng loại amino acid. Dựa vào điện
tích của gốc này mà người ta chia các
amino acid thành 5 nhóm: (1) Nhóm
mang điện tích dương; (2) Nhóm
mang điện tích âm; (3) Nhóm gốc R
có nhân thơm; (4) Nhóm phân cực và
(5) Nhóm không phân cực (hình 2, 3,
4).
Các phân tử amino acid nối với nhau bởi
các liên kết peptide được hình thành giữa
Hçnh 1: Cáúu tïruc chung ícua
mät amino acid
nhóm carboxyl của amino acid trước với nhóm amine của amino acid kế tiếp.
Phản ứng sẽ giải phóng một phân tử nước. (hình 5)
Nếu một chuỗi có số amino acid dưới 30 sẽ được gọi là chuỗi peptid, nếu số
amino acid lớn hơn sẽ được gọi là polypeptide. Mỗi polypeptide có hai đầu tận cùng,
một đầu mang nhóm amin tự do (N - teminus), đầu kia mang nhóm carboxyl tự do
(C-terminus). Từ protein dùng để chỉ một đơn vị chức năng có cấu trúc không gian
phức tạp. Một protein có thể được cấu tạo từ 1 hoặc nhiều chuỗi polypeptide.
Protein có bốn bậc cấu trúc:
CẤU TRÚC BẬC 1
Là số lượng các chuỗi polypeptide tham gia vào cấu trúc, số lượng và trình tự của
các amino acid trong mỗi chuỗi polypeptide. Tùy thuộc vào số lượng, thành phần và
trật tự sắp xếp của các amino acid mà sẽ có vô số loại protein khác nhau.
Cấu trúc bậc một có một vai trò quyết định trong việc xác định cấu trúc không
gian ở các bậc tiếp theo của phân tử protein.
45

Hình 2: Amino acid mang điện tích dương và điện tích âm
Hình 3: Amino acid phân cực và không phân cực
Hình 4: Amino acid chứa nhân thơm Hình 5: Hình thành liên kết peptide
CẤU TRÚC BẬC 2 (HÌNH 6, 8)
Sự tương tác giữa các peptide trong protein sẽ tạo nên cấu trúc bậc 2 của protein.
Có 2 loại cấu trúc bậc 2 là xoắn alpha và xoắn beta.
46

Xoắn alpha
Hình thành thông
quá các liên kết hydro
giữa các nhóm amin
của amino acid với
oxygen của amino acid
thứ ba tính từ amino
acid đó tạo nên cấu trúc
xoắn đều quanh một trục
hình trụ tưởng tượng.
Cấu trúc này được thấy ở
một số protein dạng sợi.
Xoắn beta
Các chuỗi polypep-
tide nằm cạnh nhau nối
với nhau bằng các liên
kết hydro tạo nên các
tấm xếp (plated sheet).
Với cách sắp xếp này
Hçnh 6: Cáúturuïc bûác 1 ìva báûcí2 acuphánítæ protein
phân tử protein dẻo và chắc hơn như các protein của mạng nhện, lông vũ, tơ lụa v.v...
CẤU TRÚC BẬC BA (hình 7)
Hçnh 7: Cáúu tïruc bûác 3 ìva báûcí4 acuphánítæ protein
Chuỗi polypeptide cuộn
xoắn tạo thành khối cầu thông
qua liên kết giữa các gốc R. Các
protein này gồm các enzyme,
các hormone protein, các kháng
thể v.v.... Trong cấu trúc bậc ba
thường có sự đan xen giữa đoạn
xoắn alpha và đoạn xoắn beta.
CẤU TRÚC BẬC BỐN (HÌNH 7)
Khi có hai hoặc nhiều
chuỗi polypeptide độc lập, giống
nhau hoặc khác nhau gắn lại với
nhau thông qua các liên kết yếu
sẽ tạo thành cấu trúc bậc bốn
như trường hợp cấu trúc của
phân tử hemoblobine của người.
CHỨC NĂNG SINH HỌC
Protein thực hiện hầu hết các chức năng cơ bản của chất sống, dưới đây liệt kê
một số chức năng cơ bản của protein:
47

Hình 8:
(a) (b)
(a) Xoắn alpha: Các liên kết hydro giữa các nhóm amin của amino acid với oxygen của
amino acid thứ ba tính từ amino acid đó tạo thành cấu trúc alpha
(b) Xoắn beta: Các chuỗi polypepotide nằm cạnh nhau nối với nhau bằng các liên kết
hydro tạo nên các tấm xếp (pleated sheet)
Enzyme
Đóng vai trò xúc tác cho các phản ứng sinh học. Các enzyme tham gia quá trình
tự nhân đôi của DNA, quá trình sao mã ... cho thấy tầm quan trọng của loại protein
này.
Protein cấu trúc
Có mặt trong hầu hết các cấu trúc của tế bào từ màng tế bào, màng nhân và các
bào quan, bào tương v.v... cho đến cấu trúc của nhiễm sắc thể.
Protein vận chuyển
Các protein này nằm trong cấu trúc của các hệ thống màng của tế bào hoặc có
mặt trong tế bào như hemoglobine trong hồng cầu người làm nhiệm vụ vận chuyển
oxygen hoặc trong huyết tương v.v...
Protein vận động
Một số protein có khả năng co duỗi, tạo nên khả năng vận động ở mức độ tế bào
và mức độ cơ thể. Các protein myosine và actine của tổ chức cơ với khả năng co duỗi
tạo nên khả năng vận động là một ví dụ minh họa.
48

Protein bảo vệ
Kháng thể là những protein do hệ thống miễn dịch của cơ thể sản xuất, có chức
năng bảo về cơ thể chống lại các tác nhân có hại. Ngoài ra cũng có thể kể đến các
protein có tính chất bảo vệ như như fibrinogen, thrombin tham gia vào quá trình cầm
máu ....
Hormone
Nhiều hormone có bản chất là protein đóng vai trò hết sức quan trọng trong quá
trình điều hòa, tăng trưởng, trao đổi chất.
1. Mô tả cấu trúc chung của một amino acid, chuỗi polypeptide ?
2. Giới thiệu cấu trúc không gian các bậc của phân tử protein ?
3. Nêu các chức năng cơ bản của protein ?
1. Protein có cấu trúc đa phân tử với đơn phân là amino acid. Các amin acid có cấu
trúc chung:
A. Một nhóm amine, một nhóm phosphate, một gốc R đặc trưng cho từng loại
aminoacid
B. Một nhóm amine, một nhóm carboxyl, một gốc R đặc trưng cho từng loại
aminoacid
C. Một base nitric, một nhóm carboxyl, một gốc R đặc trưng cho từng loại
aminoacid
D. Một base nitrid, một đường pentose, một gốc R đặc trưng cho từng loại
aminoacid
E. Một nhóm amine, một base nitric, một gốc R đặc trưng cho từng loại
aminoacid
2. Trong chuỗi polypeptide, các phân tử amino acid nối với nhau bởi các liên kết:
A. Liên kết hydro B. Liên kết peptide C. Liên kết phosphodiester
D. Liên kết ion E. Tất cả đều sai
3. Chức năng nào dưới đây không phải là chức năng của protein:
A. Các enzyme và hormone
B. Protein cấu trúc hoặc vận chuyển
C. Tự nhân đôi
D. Protein vận động
E. Protein bảo vệ
49

4. Trong chuỗi polypeptide các phân tử amino acid nối với nhau bởi các liên kết .........
(P: peptide, E: phosphodiester; H: hydro) được hình thành giữa nhóm ...........(A:
amine; C: carboxyl) của amino acid này với nhóm .......(A: amine; C: carboxyl) của
amino acid kế tiếp, phản ứng sẽ giải phóng một phân tử nước.
A. P, A, C B. P, C, A C. H, A, C
D. H, C, C E. E, A, C
ĐÁP ÁN
1. B 2. B 3. C 4. A
50

7. QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ VÀ ĐIỀU HOÀ SINH
TỔNG HỢP PROTEIN
Mục tiêu
- Quá trình gắn amino acid và tRNA
- Các giai đoạn cơ bản trong quá trình dịch mã
- Quá trình điều hoà sinh tổng hợp protein ở prokaryote và eukaryote
QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
GẮN AMINO ACID VÀO tRNA
Trong bào tương enzyme amino acyl-tRNA synthetase đặc hiệu cho từng loại amino
acid sẽ gắn amino acid vào tRNA qua liên kết ester giàu năng lượng tại vị trí
nucleotide adenine ở đầu 3' của tRNA. Trong quá trình dịch mã, bộ ba đối mã
(anticodon) của tRNA sẽ bổ sung với bộ ba mã sao (codon) trên mRNA trên cơ sở
nguyên tắc bổ sung để đảm bảo các amino acid được lắp đặt chính xác vào chuỗi
polypeptide. (hình 1)
Hình 1: Quá trình gắn amino acid đặc hiệu (Phenylalanine) vào tRNA qua tác động của
enzyme amino acyl-tRNA synthetase và hiện tượng bổ sung giữa bộ ba mã sao (codon)
trên mRNA với bộ ba đối mã (anticodon) trên tRNA.
RIBOSOME
Trong tất cả tế bào, ribosome tồn tại dưới dạng 2 tiểu phần: tiểu phần lớn và tiểu
phần bé. Mỗi tiểu phần chứa các rRNA với chiều dài khác nhau và các phân tử protein
khác nhau. Hình 2 giới thiệu thành phần rRNA và protein tham gia vào cấu trúc của
các tiểu phần lớn và của ribosome ở prokaryote và eukaryote. Lưu ý là ở eukaryote,
rRNA 5,8S bắt cặp với rRNA 28S.
51

Hình 2: Các thành phần tham gia vào cấu trúc của ribosome ở prokaryote và eukaryote.
CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH DỊCH MÃ
Quá trình dịch mã xảy ra tại ribosome qua ba giai đoạn: giai đoạn mở đầu
(initiation), giai đoạn kéo dài (elongation) và giai đoạn kết thúc (termination). Không
có sự khác biệt lớn trong quá trình dịch mã giữa prokaryote và eukaryote.
Giai đoạn mở đầu
Giai đoạn này được thực hiện với sự tham gia của mRNA, các ribosome và các
yếu tố khởi động (IF: Initiation Factor), ở eukaryote các yếu tố tố này được ký hiệu là
eIF.
Trên mRNA, bộ ba mã AUG, mã hoá cho methionine (Met) sẽ bắt đầu cho quá
trình dịch mã. Tuy nhiên cần lưu ý là mặc dù chỉ có 1 codon mã hoá cho Met nhưng
có tới hai loại tRNA mang Met đến ribosome. tRNAMet
kết hợp với codon nằm
giữa phân tử mRNA và tRNAiMet
kết hợp với codon ở vị trí khởi động để bắt đầu cho
việc dịch mã, gắn Met đầu tiên vào chuỗi polypeptide.
Việc dịch mã bắt đầu khi tiểu đơn vị nhỏ của ribosome gắn với Met-tRNAiMet
bám vào mRNA ở một vị trí gần với vị trí của codon AUG khởi động ở đầu 5' của
mRNA với sự tham gia của các IF và năng lượng do GTP cung cấp. Hình 3 giới thiệu
các bước trong giai đoạn khởi đầu ở eukaryote.
Giai đoạn kéo dài
Giai đoạn này không phức tạp như giai đoạn mở đầu. Sau khi amino acid đầu tiên
(Met) đã được đặt vào đúng vị trí trên cơ sở sự bắt cặp theo nguyên tắc bổ sung giữa
anticodon trên tRNA với codon tương ứng trên mRNA, quá trình kéo dài chuỗi
polypeptide bắt đầu.
52

Phức hợp aminoacyl-tRNA kế tiếp
sẽ đến xếp vào đúng vị trí trên ribosome
nhờ các EF (elongation factor: yếu tố
kéo dài). Sự tiếp xúc giữa peptidyl-tRNA
và aminoacyl-tRNA sẽ làm hình thành
liên kết peptide để gắn amino acid mới
vào chuỗi polypeptide đang tổng hợp
dưới sự xúc tác của enzyme peptidyl
transferase. Quá trình này cứ lập đi
lập lại theo chiều từ 5' đến 3' trên
mRNA cho đến khi tiếp xúc với dấu
hiện kết thúc dịch mã. Hình 4 giới thiệu
các bước trong giai đoạn kéo dài chuỗi
polypeotide.
Hình 3: Giai đoạn mở đầu. Các tiểu
đơn vị lớn và bé của ribosome lần lượt gắn
với eIF6 và eIF3 tạo thành phức hợp để bắt
đầu dịch mã. (1) Phức hợp 40S, eIF3 gắn
với eIF1 và phức hợp eIF2, GTP và
tRNAiMet
tạo thành phức hệ tiền khởi đầu
(preinitiation complex). (2) mRNA gắn với
eIF4 ở vị trí mũ (cap) và cho phép mRNA
kết hợp với phức hợp khởi đầu để tạo thành
phức hợp khởi đầu (initiation complex). (3)
Phức hệ tiền khởi đầu cùng với eIF4 trượt
trên mRNA để đến vị trí codon khởi đầu,
quá trình đòi hỏi năng lượng do ATP cung
cấp, sau đó các eIF được giải phóng. (4)
Phức hệ tiểu phần 60S và eIF6 của
ribosome đến gắn vào tiểu phần bé với sự
hỗ trợ của eIF5 và GTP
53

Hình 4: Giai đoạn kéo dài: (1)
Khi ribosome 80S và Met-tRNAiMet đã
nằm ở vị trí P (ví trí kéo dài chuỗi
polypeptide) của ribosome, thì phức hợp
aa-tRNA mang amino acid thứ 2(aa2)
đến codon tương ứng trên mRNA đang
nằm ở vị trí A (vị trí tiếp nhận amino
acid) của ribosome. (2) Sự thuỷ phân
của GTP trong phức hợp EF1α-GTP
thành EF1α-GTP, quá trình này làm
thay đổi cấu trúc của ribosome. (3)
Phân tử rRNA lớn xúc tác cho quá trình
tạo thành liên kết peptide giữa aa2 và
Met. (4) Sự thuỷ phân của GTP trong
phức hợp EF2-GTP sẽ gây ra tiếp sự
thay đổi cấu trúc của ribosome làm cho
ribosome đi tiếp đến codon tiếp theo
trên mRNA và tRNAMet
đã tách Met tiến
vào vị trí E (vị trí chuẩn bị giải phóng
tRNA) và tRNA với các amino acid gắn
với nhau qua liên kết peptide sẽ nằm ở
vị trí P của ribosome. Quá trình lắp các
phức hợp tRNA mang aa3, aa4 ... tiếp
tục diễn ra theo cách trên.
Giai đoạn kết thúc
Khi bộ ba mã kết thúc (UAA, UAG hoặc UGA) được nhận biết bởi các RF
(Release Factor: yếu tố phóng thích), phức hợp peptidyl-tRNA lập tức tách thành phân
tử tRNA tự do và chuỗi polypeptide hoàn chỉnh có đầu là -NH2 và đuôi là
54

-COOH. Ribosome sẽ tách trở lại thành hai tiểu
đơn vị để bắt đầu cho chu kỳ dịch mã mới. (hình
5)
Hình 5: Giai đoạn kết thúc: khi robosome di chuyển
đến bộ ba mã kết thúc (UAA, UAG hoặc UGA),
eRF1 sẽ đi vào phức hợp ribosome ở vị trí A hoặc
gần đó cùng với eRF3-GTP. Sự thuỷ phân guanine ở
eRF3-GTP sẽ cắt chuỗi peptide khỏi tRNA ở vị trí P,
giải phóng các tRNA và các tiểu phần ribosome.
POLYSOMES
Hình 6: Cơ chế gia tăng tốc độ dịch mã trên mRNA qua polysomes và
tạo nên cấu trúc dạng vòng của mRNA.
55

Để tăng cường tốc độ tổng hợp protein (trung bình ở eukaryote, mỗi protein được
tổng hợp trong vòng 30 - 60 giây), nhiều ribosome sẽ cùng tham gia dịch mã trên
1mRNA gọi là polyribosomes hay polysomes và tăng cường tốc độ quay vòng của các
tiểu đơn vị ribosome sau khi chúng hoàn tất quá trình dịch mã. Nhiều nghiên cứu cho
thấy các protein gắn vào đuôi poly A (PABPI) vừa có thể tác động trên đuôi polyA ở
đầu 3' vừa có thể tác động lên tiểu đơn vị 4G và 4E của eIF4 ở đầu 5' làm cho mRNA
trở nên có dạng vòng tạo điều kiện dễ dàng cho các tiểu đơn vị của ribosome sau khi
kết thúc dịch mã ở đầu 3' có thể bắt đầu ngay quá trình dịch mã mới ở đầu 5' (hình 6).
ĐIỀU HOÀ SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE
ĐIỀU HOÀ SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE Ở PROKARYOTE
Ở prokaryote mục đích của việc điều hoà sự biểu hiện của gene nhằm điều chỉnh
hệ enzyme cho phù hợp để phục vụ cho quá trình tăng trưởng và sinh sản của tế bào.
Tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường mà các gene mã hoá cho các enzyme có thể được
biểu hiện hoặc ngưng biểu hiện ở bât cứ một thời điểm nào trong chu kỳ tế bào.
Quá trình điều hoà chủ yếu xảy ra ở quá trình phiên mã thông qua operon. Mỗi
operon bao gồm:
- Một số gen cấu trúc mã hoá cho các polypeoptide nằm gần nhau gọi là
cistron.
- Các trình tự DNA khác tham gia vào hoạt động điều hoà với những vai trò
khác nhau.
Căn cứ vào cách thức điều hoà người ta chia làm hai loại operon chính: operon
cảm ứng và operon kìm hãm.
Operon cảm ứng (inducible operon)
Một ví dụ điển hình cho kiểu operon cảm ứng này là operon lactose.
Đường lactose đóng vai trò của chất cảm ứng. Khi không có lactose các gene mã
hoá cho enzyme chuyển hoá lactose sẽ không hoạt động phiên mã. Khi lactose là
nguồn carbohydrat duy nhất có mặt trong môi trường thi vi khuẩn sẽ sản xuất các
enzyme cần thiết cho quá trình chuyển hoá lactose qua hoạt động phiên mã các gene
mã hoá cho các enzyme này. Hình 7 mô tả quá trình điều hoà hoạt động phiên mã của
operon lac ở E.coli.
(a) Khi môi trường không có lactose, mRNA được tổng hợp rất ít do một protein
gọi là lac repressor (yếu tố kìm hãm) gắn vào operator, ngăn cản hoạt động phiên mã
của RNA polymerase-σ70 (hình 7a).
(b) Khi môi trường có cảì glucose và lactose, một phần lac repressor sẽ gắn với
lactose và giải phóng operator cho phép RNA polymerase-σ70 thực hiện phiên mã ở
cường độ thấp (hình 7b).
(c) Khi môi trường chỉ có lactose và không có glucose, quá trình phiên mã sẽ
diễn ra ở mức tối đa do ở tình trạng không có glucose, cAMP sẽ tạo thành phức hợp
CAP-cAMP, gắn vào vị trí CAP và qua đó tác động lên RNA polymerase thúc đẩy
quá trình phiên mã (hình 7c).
56

Hình 7: Điều hoà quá trình phiên mã kiểu cảm ứng của operon lac ở E. coli: Vùng kiểm
soát phiên mã dài khoảng 100 căp base gồm 3 vùng gắn protein: (1) Vị trí CAP gắn protein
hoạt hoá quá trình chuyển hoá (catabolite activator protein); (2) lac promotor (vùng khởi
động lac) gắn với phức hệ RNA polymerase-(70; (3) lac operator (vùng vận hành lac ). Gene
lacZ là một trong 3 gene của operon.
(a) Khi môi trường không có lactose.
(b) Khi môi trường có cảì glucose và lactose.
(c) Khi môi trường chỉ có lactose và không có glucose
Operon kìm hãm (repressible operon)
Một ví dụ điển hình cho kiểu operon cảm ứng này là operon tryptophan ở E. coli.
Amino acid tryptophan đóng vai trò của chất cảm ứng (inducer) gắn với
repressor. Triptophan sẽ gắn với trp repressor làm thay đổi cấu trúc của trp repressor
làm cho nó có khả năng gắn với trp operon ức chế không cho operon này phiên mã.
Khi nồng độ tryptophan trong môi trường và trong bào tương cao, tế bào sẽ không
tổng hợp các enzyme được mã hoá trên trp operon xúc tác cho quá trình tổng
hợp tryptophan.
57

Khi nồng độ tryptophan trong môi trường và bào tương thấp, trp repressor sẽ
không có khả năng ức chế trp operon và cho phép thực hiện phiên mã để tổng hợp cac
enzyme cần thiết cho việc tổng hợp triptophan. (hình 8)
Hình 8: Điều hoà quá trình phiên mã kiểu kìm hãm của trp operon ở E. coli. Khi nồng độ
tryptophan trong môi trường và bào tương thấp, trp repressor sẽ không có khả năng ức chế
trp operon và cho phép thực hiện phiên mã để tổng hợp cac enzyme cần thiết cho việc tổng
hợp tryptophan. Khi nồng độ tryptophan trong môi trường và trong bào tương cao, tế bào sẽ
không tổng hợp các enzyme được mã hoá trên trp operon xúc tác cho quá trình tổng hợp
tryptophan.
ĐIỀU HOÀ SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE Ở EUKARYOTE
Mô hình điều hoà biểu hiện của gene ở eukaryote và prokaryote có một số điểm
giống nhau như vai trò của các protein gắn với DNA ảnh hưởng đến hoạt động của
enzyme RNA polymerase trong việc bắt đầu quá trình phiên mã. Tuy nhiên trong việc
điều hoà sự biểu hiện của gene của eukaryote vẫn có những điểm khác biệt: (1) Các
gene của eukaryote không tạo thành các operon và hiếm khi các gene được phiên mã
với nhau vào cùng một mRNA thay vào đó mỗi gene có một promotor riêng và được
phiên mã một cách riêng rẽ. (2) Cấu trúc của chromatin ảnh hưởng đến sự biểu hiện
của gene ở eukaryote, để có thể phiên mã DNA phải tháo xoắn khỏi các protein
histone. (3) Mặc dù các chất hoạt hoá và ức chế đều có mặt trong quá trình điều hoà
biểu hiện của gene ở eukaryote và prokaryote, nhưng ở eukaryote các chất hoạt hoá có
vai trò phổ biến hơn. (4) Cơ chế điều hoà biểu hiện của gene ở eukaryote liên quan đến
nhiều cơ chế khác nhau tác động đến nhiều khâu khác nhau trong quá trình truyền
thông tin từ DNA đến protein. Dưới đây giới thiệu vắn tắt một số yếu tố liên quan đến
việc điều hoà sự biểu hiện của các gene ở eukaryote.
Mối liên quan giữa cấu trúc của chromatin và sự biểu hiện của gene
Cấu trúc chromatin ức chế sự biểu hiện của gene, để gene có thể phiên mã, các
yếu tố phiên mã, các chất hoạt hoá, RNA polymerase phải gắn vào DNA do đó trước
khi phiên mã, cấu trúc chromatin phải thay đổi. Sự thay đổi này liên quan đến một số
hiện tượng sau:
58

Vị trí nhạy cảm với enzyme DNase I
Trên DNA có những vị trí nhạy cảm với enzyme DNase I, một enzyme giáng hoá
DNA chỉ tác động lên DNA khi có sự lõng lẻo trong cấu trúc của cromatin. Vị trí này
nằm trước vị trí bắt đầu phiên mã khoảng 1000 bp. Sự có mặt của những vị trí này gợi
ý chromatin ở vùng này trở nên lõng lẻo hơn khi
DNA ở vùng này thực hiện phiên mã. Vị trí này là
nơi gắn của các protein điều hoà để điểu khiển
hoạt động phiên mã.
Acetyl hoá protein histone
Việc acetyl hoá histone sẽ làm thay đổi cấu
trúc của nucleosome và tạo điều kiện thuận lợi cho
quá trình phiên mã. (hình 9)
Quá trình demethyl hóa DNA
Sự methyl hoá sẽ thúc đẩy các enzyme
deacetylase tách các nhóm acetyl ra khỏi các
protein histone do đó sẽ làm cho cấu trúc của
chromatin trở nên hằng định và qua đó ức chế quá
trình phiên mã. Hiện tượng demethyl hoá
(demethylation) ngược lại sẽ làm cản trở quá trình
trên do đó tạo thuận lợi cho quá trình phiên mã.
KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ
Các protein điều hoà quá trình phiên mã có
thể ảnh hưởng tới việc bắt đầu phiên mã thông qua
việc làm hằng định hoặc tập trung các thành phần
Hçnh 9: Acetyl hoïa histone ìlam
thay âäøi úcáu truïíc acuchromatin
cho pheïp ïcac úyãuútä phiãn mîa gàõn vaìo
DNA.
trong hệ thống phiên mã. Một số các protein này là các chất hoạt hoá (activator) kích
thích hoạt động phiên mã và một số protein khác đóng vai trò của chất ức chế
(repressor).
Vùng tăng cường và vùng cô lập
Một số chất hoạt hoá gắn vào vùng tăng cường (enhancer) nằm cách xa gene để
qua đó kích thích quá trình phiên mã. Bên cạnh đó các vùng cô lập (insulator) có tác
dụng cô lập hoặc cách ly vùng tăng cường làm ức chế quá trình phiên mã.(hình 10)
Hình 10: Insulator (vùng cô lập) đình chỉ tác động của enhancer (vùng tăng cường) lên
promotor (vùng khởi động) khi nằm giữa enhancer và promoter.
59

Giáo trình sinh học phân tử

Giáo trình sinh học phân tử

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Destacado

Destacado (12)

Similar a Giáo trình sinh học phân tử

Similar a Giáo trình sinh học phân tử (20)

Más de www. mientayvn.com

Más de www. mientayvn.com (20)

Giáo trình sinh học phân tử