Transcript chuong5,6.Phienma+dichma

CHƯƠNG 5
QÚA TRÌNH PHIÊN MÃ
1
1. Đặc điểm
•
•
•
•
•
Sự phiên mã tạo ra phân tử ARN bổ sung với một sợi AND
Enzym tham gia vào quá trình phiên mã: ARN polymerase,
dịch chuyển từng bước dọc theo ADN khuôn và kéo dài chuỗi
ARN theo hướng từ 5’-> 3’
Sự phiên mã chỉ sao chép chọn lọc một số phần của genome
-> đơn vị phiên mã: gồm một hoặc nhiều gen, có những
trình tự ADN đặc hiệu để khởi đầu (promoter) và kết thúc
phiên mã.
Chỉ một trong hai sợi đơn của phân tử ADN được dùng làm
khuôn
Sự phiên mã được khởi phát không cần mồi: ARN
polymerase có thể khởi đầu sự tổng hợp ARN trên khuôn
mẫu ADN
2
Đơn vị phiên mã
3
2. Quá trình phiên mã ở tế bào Prokaryota
2.1. Các yếu tố tham gia:
•
AND khuôn (gen)
•
NTP: 4 loại (ATP, GTP, CTP, UTP)
•
RNA polymease:
– Chỉ có 1 loại ARN polymease
t.hợp cả 3 loại ARN: mARN,
rARN, tARN
– Có 5 tiểu đơn vị: β’, β, σ, α và
ω.
– β’+ β + α + ω -> lõi: cần thiết
cho hoạt động của polymease.
– Lõi+σ -> holoenzym.
– σ: giúp ARN pol nhận biết và
liên kết đặc thù với promoter ở 10 và -35
Cấu trúc của enzyme
ARN polymease
4
2.2. Diễn biến: a. Khởi đầu
• RNA pol+σ -> holoenzym -> gắn vào Promoter
• RNA poly: nhận biết và gắn một cách lỏng lẻo vào trình tự hộp
-35
• Hộp -10 tháo xoắn dần-> sợi đơn DNA “mở" dưới dạng tự do,
làm khuôn để sinh tổng hợp RNA
• 2 NTP đầu tiên mang đến vị trí bắt đầu được hoạt hóachúng
xếp hàng trên khuôn và lk với nhau bằng lk phosphodiester
nhờ enzyme RNA polymerase -> đầu 5’ của mRNA được giải
phóng.
5
Giai đoạn khởi đầu
b. Kéo dài
• Sau khi tổng hợp được 10Nu-> σ tách khỏi RNA polymerase.
RNA polymerase di chuyển dọc sợi DNA khuôn để kéo dài
chuỗi RNA.
• Enzyme chuyển dịch trên khuôn: mở xoắn phía trước và tái
xoắn phía sau  rN nối tiếp, duy trì vùng mở xoắn khoảng 17
bp
• Sợi RNA mới sẽ tách dần khỏi mạch khuôn DNA
7
Quá trình tổng hợp mARN
8
c. Kết thúc
• Sự tổng hợp RNA tiếp tục cho đến khi
polymerase gặp một tín hiệu kết thúc.
• Tại điểm kết thúc phiên mã, RNA được
giải phóng khỏi polymerase, và enzyme
dời khỏi khuôn DNA -> Kết thúc quá trình
phiên mã
9
c. Kết thúc
Kết thúc phiên mã do hình thành cấu trúc kẹp tóc
 Điểm kết thúc là những trình
tự đặc biệt gồm
 Hai trình tự đối xứng giàu
GC và bổ sung cho nhau
 tạo cấu trúc kẹp tóc 
phá vỡ phức hợp kéo dài,
mở kênh thoát cho RNA
khỏi phức hợp hoặc phá
vỡ liên kết giữa RNA với
khuôn mẫu DNA.
 Cuối là 8 A  liên kết A –
U (liên kết yếu giữa khuôn
DNA và RNA)
 RNA tách khỏi khuôn DNA,
kết thúc phiên mã.
Cấu trúc hình kẹp tóc
10
Kết thúc phiên mã do hình thành cấu trúc kẹp tóc
11
c. Kết thúc
Kết thúc phiên mã nhờ yếu tố Rho
- Rho là protein hình nhẫn, gồm 5 tiểu đơn vị giống nhau
- Rho chịu trách nhiệm dừng phản ứng tại những vị trí đặc hiệu:
có cấu trúc kẹp tóc nhưng sau đó không có chuỗi poly A
- Rho có hoạt tính helicaza, làm cắt đứt liên kết giữa AND và
ARN làm dừng phản ứng tổng hợp ARN.
12
Các giai đoạn của quá trình phiên mã
Mở đầu
Kéo dài
Kết thúc
13
2. Quá trình phiên mã ở Eucaryota
2.1. Đặc điểm:
•
Emzym RNA polymease: 3 loại, mỗi loại tham
gia phiên mã tạo các RNA khác nhau
•
Hoạt động cùng các yếu tố phiên mã
Loại RNA Polymease
Sản phẩm
Vị trí
RNA Polymerase I
rRNA
nucleolus
RNA Polymerase II
mRNA
nucleoplasm
RNA Polymerase III
tRNA
nucleoplasm
14
Các yếu tố phiên mã (TF)
3 nhóm:
• Các factor kết hợp cùng ARN polymerase tạo phức nhận biết vị trí
đầu tiên để phiên mã
• Các factor bám vào vùng ADN điều khiển nằm trước vị trí đầu tiên
được phiên mã.
• Các factor làm nhiệm vụ điều khiển quá trình phiên mã.
15
2.2. Các giai đoạn:
a. Khởi đầu
Có sự tham gia của nhiều nhân
tố khởi đầu phiên mã:
• TFIID nhận biết và gắn vào
trình tự TATAAAA (-25) trên
promoter nhờ tiểu đơn vị
TBP
• TFIIA gắn vào tạo phức hợp
TFIID-TFIIA
• RNA polymerase liên kết với
TFIIB và gắn vào phức hợp
TFIID-TFIIA
• 1ATP thủy phân giải phóng
năng lượng -> tách sợi DNA
kép thành 2 sợi đơn (trạng
thái mở)
• TFIIE cho phép khởi động
phiên mã.
16
b. Giai đoạn kéo dài
• Được tiến hành bởi
enzim ARN pol II với sự
tham gia của nhân tố
TFIIS
• ARN pol II đính từng nu
một vào đầu OH của C3’
của đường ribose và
chuỗi mRNA sẽ kéo dài
từ đầu 5’ - > 3’
17
c. Kết thúc
• Phản ứng được dừng lại sau khi ARN polymerase vượt qua
vị trí đặc biệt AATAAA (polyA: 0,5 - 2kb)
• mARN lúc này là mARN chưa hoàn thiện, cần có quá trình
hoàn thiện trước khi ra tế bào chất để tham gia dịch mã.
18
2.4. Quá trình hoàn thiện mRNA
• Biến đổi tiền mARN thành mARN hoạt động, thực hiện ở trong
nhân.
• Các bước: Gắn mũ 7-methylguanosine, gắn đuôi polyA, cắt
nối intron-exon
20
a. Gắn mũ
• Xảy ra ngay sau khi bắt
đầu phiên mã được
khoảng 25Nu
• Mũ
m7G
(7methylguanosine)
được
gắn vào đầu 5’ của phân
tử mARN
• Vai trò:
• Giúp Rbx nhận biết mARN
trong quá trình dịch mã.
• Bảo vệ đầu 5’ của mARN
không bị phân cắt.
21
b. Gắn đuôi polyA
 Khi RNA pol II di chuyển đến cuối gengặp trình tự đặc hiệu
(PolA)Enzyme CPSF + CstF đến gắn vào đoạn RNA này
hút các protein khác tập trung tại đây:
 Enzym polymerase (PAP) gắn 200 - 250 A vào đầu 3’
Poly A
 Enzym RNA pol tiếp tục tổng hợp thêm 1 đoạn nucleotide
(10-200N)  enzim rời khỏi khuôn, đoạn RNA tổng hợp
thêm sẽ bị phân giải
 Vai trò: Ổn định các mARN và tham gia vào quá trình vận
chuyển mARN từ trong nhân ra tế bào chất.
22
c. Quá trình cắt nối: loại bỏ intron, nối exon
 Thực hiện nhờ phức hệ spliceosome: snRNA + Protein
 Intron có 3 vị trí quan trọng: vị trí cắt nối đầu 5’ và đầu 3’. Vị trí
phân nhánh gần đầu 3’(giàu GC và có A ở trung tâm).
 Bước 1: ARNm được cắt chính xác tại điểm nối giữa exon 1
và đầu 5’ của intron (↓GT intron)
 Bước 2: Hình thành nên liên kết 5’-> 2’ phosphodiester giữa vị
trí 5’ của G tại điểm cắt với nu A bảo thủ nằm gần đầu 3’
trong intron tạo cấu trúc “thòng lọng”.
 Bước 3:
 Điểm nối giữa exon 2 và đầu 3’ của intron được cắt rời,
Intron được loại ra
 2 exon nối lại với nhau bằng lk phosphodiester, dạng thòng
lọng được giải phóng ra
 Quá trình cắt nối theo đúng trật tự từ đầu 5’-3’ tạo thành phân
tử mARN hoàn thiện.
->Từ 1 mRNA tiền thân có thể tạo ra nhiều mRNA hoàn thiện
23
Quá trình cắt nối: loại bỏ intron, nối exon
Chương 6.
Quá trình dịch mã
(Tổng hợp Protein)
25
1. VAI TRÒ CỦA CÁC LOẠI ARN TRONG TỔNG HỢP
PROTEIN
1.1. mRNA và mã di truyền
 Mỗi mARN mang thông tin di truyền quy định trình tự của
mỗi polypeptit.
• Cấu trúc mARN:
– Đoạn dẫn đầu 5’ – UTR: không mã hoá
– Khung đọc mở:
• 1 bộ ba mở đầu 5’- AUG
• các bộ ba mã hoá aa
• 1 bộ ba kết thúc: UAG hoặc UGA hoặc UAA
– Đoạn theo sau: 3’ – UTR : không mã hoá
26
Cấu trúc của mARN
Mã di truyền:
• Tổ hợp 3 nucleotit qui định
cho một aa -> mã bộ ba
(codon)
• 4 loại Nucleotit -> 64 bộ
ba: 61 mã ứng với 20 axit
amin, 3 mã kết thúc (UAA,
UGA, UAG).
• Đặc điểm của mã di truyền:
– Là mã bộ ba
– Có tính đặc hiệu
– Có tính phổ biến
– Có tính thoái hoá
28
29
1.2. tRNA
• tRNA vận chuyển aa
đến chuỗi polypeptide
đang kéo dài trong quá
trình dịch mã.
• Đầu 3’ mang aa.
• Lá giữa có anticodon:
khớp với codon trên
mRNA theo NTBS
• Thực hiện chức năng
nhờ enzyme đặc biệt:
aminoacyltRNA
synthetase, có 20 loại
enzyme, tương
ứng
với 20 amino acid.
30
1.3. rRNA
• Ribosome: rRNA + Pr: là
một thành phần quan trọng
trong bộ máy dịch mã.
• Mang 3 vị trí tương tác với
tRNA và một vị trí với mRNA
– A: tiếp nhận tRNA mang
aa mới
– P: giữ tRNA mang chuỗi
polypeptit đang được tổng
hợp
– E: liên kết với tRNA đã
chuyển giao aa, chuẩn bị
ra khỏi phức hợp dịch mã.
31
2. Quá trình dịch mã
2.1. Hoạt hóa axit amin:
 mỗi aa được gắn vào tARN thích hợp nhờ một
enzyme aminoacyl- tARN synthetase đặc thù.
Quá trình xảy ra như sau:
Các aa được cung cấp năng lượng từ ATP trở thành
aa hoạt hoá.
 aa hoạt hoá dưới xúc tác của enzim gắn vào tARN,
tạo thành phức hợp tARN-aminoacyl.
2.2. Quá trình dịch mã:
Giai đoạn khởi động
Giai đoạn kéo dài
Giai đoạn kết thúc
32
2. Quá trình dịch mã
a. Khởi động (tiếp)
• Tham gia của nhiều nhân tố khởi động (Initiation factor – IF)
• Bắt đầu tổng hợp từ codon AUG (mã hóa Met) nằm trên
mRNA
• Có 2 loại tRNA:
– tRNAMet: kết hợp với AUG nằm giữa mRNA.
– tRNAiMet: kết hợp với AUG khởi đầu, gắn Met đầu tiên vào
chuỗi polypeptit
• Các bước:
– Tiểu phần Rbs nhỏ bám vào mRNA: lk bổ sung giữa rRNA16S với TT
đầu 5’UTR của mRNA (Shine-Dalgarno ở SV Prokaryota) -> dò tìm mã
khởi đầu (AUG)
– Met – tRNAiMet mang Met đến, Anticodon của Met-ARNtimet bắt cặp với
AUG
– Tiểu phần lớn kết hợp với tiểu phần nhỏ-> Met-tRNAiMet bọc lấy vị trí P
(thủy phân 1 GTP) -> Sự dịch mã bắt đầu.
33
Khởi động dịch mã ở SV Prokaryota
• Met đầu tiên bị khóa (formylMet)
• Quá trình hình thành phức hợp
khởi đầu sự tham gia của 3
nhân tố 3 nhân tố khởi động là:
IF-1, IF-2 và IF-3 và GTP để
cung cấp năng lượng.
• Tiểu phần Rbs nhỏ gắn vào
mARN nhờ tương tác cặp bổ
sung giữa trình tự bazơ gần đầu
3’ của 16S rRNA với trình tự
bazơ ở đoạn 5’UTR của mRNA
phía trước mã khởi đầu AUG
(TT Shine-Dalgarno) để dò tìm
mã khởi đầu.
• TT Shine-Dalgarno(S-D): nằm
ở đầu 5’-UTR, có TT đặc thù
giàu Purin, khoảng 6-8bp:
AGGAGGU
Sự tương tác giữa yếu tố ShineDalgarno của một mRNA và đoạn
trình tự tương ứng ở đầu 3' của
rRNA 16S
Khởi đầu dịch mã ở SV Eukaryota
• Met đầu tiên không bị khóa
• mRNA của SV nhân chuẩn không có vị trí liên kết Rbs. Thay vào đó
là cấu trúc mũ Cap ở đầu 5’.
• Protein gắn mũ (một trong những tiểu đơn vị của eIF4) liên kết với
mũ của mRNA
• Nhân tố eIF2 liên kết với codon khởi đầu Met-tRNA, nhân tố eIF3 liên
kết với tiểu phần nhỏ của ribosome (40S) và nhân tố eIF4 liên kết với
mRNA (thông qua protein bám mũ).
• -> Lắp ráp tạo thành phức khởi đầu.
• Tiểu đơn vị 40S di chuyển dọc theo mRNA từ đầu 5’ cho đến khi tìm
thấy codon mở đầu (QT rà soát (quét)).
• Xungg quanh codon khởi đầu AUG có TT bảo thủ (GCCRCCAUGG
(R=A hoặc =G)). Nếu trình tự xung quanh của nó khác quá xa trình
tự bảo thủ thì 1 AUG có thể bị bỏ qua.
• Khi một AUG phù hợp đã được định vị, eIF5 cần thiết để cho phép
các tiểu phần 60S tham gia vào và cho eIF2 và eIF3 rời đi.
Khởi đầu dịch mã ở Eukaryota
Giai đoạn khởi đầu
37
b. Kéo dài
Sau khi Met được đặt vào vị trí P, chuỗi polypeptit bắt đầu được
tổng hợp (kéo dài). Mang tính lặp lại, cần các factor kéo dài
(EF)
Các bước:
• Bước 1: Phức aminocyl-ARNt mới tương tác với vị trí A: 3
Nu của anticodon trên tARN tạo cặp bổ sung với 3 Nu của
codon trên phân tử mARN.
• Bước 2: Hình thành cầu nối peptít: aa đã được gắn tARN ở
vị trí P được tách ra và gắn với aa trên tARN ở vị trí A = liên kết
peptit: hình thành giữa nhóm cacboxyl của aa ở vị trí P với
nhóm amin của aa ở vị trí A nhờ enzim peptydyl transferase.
• Bước 3: Sự chuyển dịch: mRNA chuyển dịch -> tARN ở vị trí
P chuyển đến vị trí E và tARN ở vị trí A chuyển đến vị trí P và vị
trí A sẵn sàng tiếp nhận một aminoacyl – tARN mới. Cần sự
tham gia của EF-G có hoạt tính thủy phân GTP.
Quá trình này được lặp lại cho đến khi gặp phải dấu hiệu kết thúc
dịch mã
38
c. Kết thúc
• Ribosome chuyển dịch trên phân tử mARN liên tục -> chuỗi polypeptide
được kéo dài
• Khi gặp codon kết thúc ở vị trí A (được nhận biết bởi các yếu tố giải phóng
–RF)
• Phức hợp peptidyl-ARNt tách ra làm đôi: phân tử ARNt tự do và chuỗi
polypeptit hoàn chỉnh.
• Ribosome rời khỏi ARNm, tách đôi thành 2 tiểu đơn vị sẵn sàng cho cho
một chu kỳ dịch mã mới.
40
So sánh quá trình dịch mã ở sinh vật Prokaryota
và Eukaryota
Prokaryota
Eukaryota
mARN đa cistron
mARN đơn cistron
Phiên mã và dịch mã đồng thời
Phiên mã và dịch mã không đồng
thời
Không có mũ Cap ở đầu 5’ của
mARN
Có mũ Cap ở đầu 5’ của mARN
Codon khởi đầu nằm ngay sau vị trí
gắn Rbs
Không có vị trí gắn Rbs ở trước mã
khởi đầu AUG
aa đầu tiên là formyl -Met
aa đầu tiên không bị cải biến
Rbs 30S: 16S rARN + 21 Pr
Rbs 40S: 18S rARN + 33 Pr
Rbs 50S: 23S, 5S rARN + 31 Pr
Rbs 60S: 28S, 5.8 S. 5S rARN +49Pr
Nhân tố khởi đầu: IF1, IF2. IF3
Nhân tố khởi đầu: eIF1, eIF2,Eif3…
Nhân tố kéo dài: EF-Tu, EF-G
Nhân tố kéo dài: eEF1, eEF2
4. Cải biến sau dịch mã
•
•
•
•
•
•
Pr sau dịch mã được biến đổi tiếp để trở thành dạng hoạt
động.
Ở VK:loại bỏ gốc formyl của Pr.
Loại bỏ một vài aa đầu tiên nhờ enzyme amino peptidase.
Gắn thêm đường vào Pr (giúp định hướng di chuyển và hđ
của Pr).
Gắn gốc phosphat vào Pr bởi enzyme kinase.
Hình thành các liên kết disulphate (S - S) giữa các
polypeptide tạo thành một Pr phức hoặc enzyme phức
hoạt động.
Cắt bỏ một đoạn polypeptide:
– Loại bỏ peptide di chuyển
– Loại bỏ trình tự tín hiệu của protein giúp chúng tiến vào
mạng lưới nội chất hạt (ER)
– Cắt bỏ polypeptide để tăng hoạt tính của enzyme.