2 - SAO MA-PHIEN MA-GIAI MA 2014-2015

10/27/2014 1

QUÁ TRÌNH SINH HỌC Ở MỨC PHÂN TỬ

ĐHYD TP.HCM

KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN - BỘ MÔN SINH HỌC

ThS. Trần Khánh Linh

Email: [email protected] - ĐTDĐ: 0985274284

mailto:[email protected]

10/27/2014 2

MỤC TIÊU HỌC TẬP

• Trình bày được quá trình sao chép ADN.

• Tóm tắt được quá trình phiên mã.

• Mô tả được quá trình dịch mã.

10/27/2014 3

DÀ

N B

ÀI

I. SAO CHÉP

1. Đặc điểm

2. Quá trình sao chép ADN ở Prokaryote

II. PHIÊN MÃ

1. Phiên mã ở Prokaryote

2. Phiên mã ở Eukaryote

III. DỊCH MÃ

1. Các thành phần tham gia

2. Các bước của qt dịch mã tổng hợp Protein

10/27/2014 4

Bán bảo toàn

Hai chiều

Nửa gián đoạn

1. Đặc điểm

I. SAO CHÉP ADN

10/27/2014 5

Identical base

sequences

5’

5’

3’

3’

1953: Watson và Crick

đề xuất cơ chế sao

chép bán bảo toàn

Mỗi mạch polynucleotide

/pt ADN sợi kép gốc được

dùng làm khuôn để tổng

hợp1 pt ADN sợi kép mới.

Kết quả là mỗi 1 pt ADN

con sẽ mang 1 mạch cũ

có nguồn gốc từ pt ADN

gốc và 1 mạch được tổng

hợp mới.

Bán bảo toàn

10/27/2014 6

Hai chiều

Prokaryote

10/27/2014 7

Nửa gián đoạn

Mạch dẫn (3’ 5’) : liên tục

Mạch chậm (5’ 3’) : gián đoạn

RNA Primer

Leading Strand

DNA Polymerase

5

’

5’

3’

3’

Lagging Strand

5’

5’

3’

3’

10/27/2014 8

Các thành phần tham gia

ADN khuôn

Điểm khởi đầu sao chép (origin)

Các loại protein

Các nucleotide

Các enzym

10/27/2014 9

ADN khuôn

Là trình tự nucleotide trên ADN gốc

được sử dụng để tiến hành sao

chép dựa trên NTBS (liên kết

Chargaff) giữa các nucleotide.

10/27/2014 10

Điểm khởi đầu sao chép (ori)

• Là một trình tự nucleotide đặc

hiệu trên mạch DNA khuôn

• Được phức hệ khởi đầu sao chép

nhận ra, gắn vào và bắt đầu sao

chép.

10/27/2014 11

Các nucleotide

• Là deoxyribonucleotide triphosphate

(dNTP) và dạng ribonucleotide

triphosphate (NTP).

• Là các đơn vị cấu trúc nên ADN

• Là nguồn cung cấp năng lượng cho quá

trình sao chép (ví dụ: ATP, GTP, ...).

10/27/2014 12

Enzym Chức năng

Gyrase Enzym gỡ rối ADN và tháo xoắn

Helicase Giãn xoắn ADN và hoạt hóa primase

SSB Ngăn cản 2 mạch ADN liên kết bổ sung

Primase Tổng hợp đoạn mồi ARN

ADN pol III Enzym tổng hợp ADNchính, đọc sửa

ADN pol I Tổng hợp ADN, thay mồi ARN, đọc sửa

ADN II, IV, V Sửa chữa DNA

Ligase Enzym nối các đoạn DNA với nhau

10/27/2014 13

2. Quá trình sao chép ADN ở Prokaryote

3 giai đoạn:

Khởi sự

Kéo dài

Kết thúc

10/27/2014 14

Giai đoạn khởi sự

- Gyrase (topoisomerase loại II) : tháo

xoắn và gỡ rối pt ADN sợi kép tại

điểm khởi đầu sao chép (oriC).

• Vị trí giàu AT

• ADN Prokaryote chỉ có 1 Ori

• ADN Eukaryote có hàng trăm Ori

Điểm khởi đầu sao chép (Ori)

10/27/2014 16

• Phức hệ khởi đầu sao chép gồm enzyme

helicase và SSB xuất hiện và liên kết vào

các mạch ADN làm khuôn.

5’

3’

5’

3’

3’ 5’

5’ 3’

Helicase: cắt lk H giữa các nu bổ sung giữa 2 mạch.

SSB: sẽ giữ cho hai mạch không liên kết trở lại

Giai đoạn khởi sự

10/27/2014 17

Giai đoạn kéo dài

Primase: tổng hợp đoạn mồi ARN

Primosome (phức hệ khởi đầu+primase) xúc

tác hình thành các đoạn ARN mồi ở đầu 5’

của mỗi đoạn ADN mới được tổng hợp,

cũng như ở đầu 5’ của mỗi đoạn Okazaki

trong sợi ADN theo sau.

10/27/2014 18

5’

3’

5’

3’

3’ 5’

5’ 3’

Helicase: cắt lk H giữa các nu bổ sung giữa 2 mạch.

SSB: sẽ giữ cho hai mạch không liên kết trở lại

Primase:Tổng hợp đoạn mồi ARN


10/27/2014 19

5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

3’ Hướng sao chép

Mạch dẫn được tổng hợp thuận chiều hoạt động

của ADN polymerase (5’ 3’), nên việc tổng hợp

mạch này chỉ cần một đoạn ARN mồi duy nhất.

Tổng hợp mạch dẫn


10/27/2014 20

ADN pol III gắn vào vị trí đoạn ARN mồi

và xúc tác phản ứng kéo dài chuỗi cho

đến khi kết thúc mạch AND làm khuôn.

Hướng sao chép

5’ 3’

5’

3’

5’

3’

3’ 5’

Tổng hợp mạch dẫn


10/27/2014 21

Tổng hợp mạch chậm

• Chiều tổng hợp ngược chiều so với chiều

hoạt động của enzyme ADN polymerase.

3’ 5’ 5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’


Okazaki fragment


10/27/2014 22

Các bước:

1. Primosmoe tổng hợp đoạn mồi ARN

2. ADN pol III xúc tác phản ứng kéo dài

3. Kéo dài khoảng 1000 – 2000 Nu đoạn

Okazaki phía trước.



10/27/2014 23

5’ 5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’


3’

Okazaki fragment

5’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’

3’

3’

5’ 5’ 3’

10/27/2014 24


4. ADN pol III và SSB rời mạch khuôn.

5.Tổng hợp ADN tiếp ở đoạn Okazaki tiếp theo.

6.SSB gắn vào mạch ADN khuôn. Primosome xúc tác

t.hợp 1 đoạn ARN mồi mới và theo sau là đoạn ADN

được tổng hợp nhờ AND pol III.

Cứ như vậy, chu kỳ tổng hợp Okazaki tiếp diễn.


10/27/2014 25

1. ADN pol I (exonuclease): loại bỏ mồi ARN

2. ADN pol I (polymerase): tổng hợp ADN

thay thế ARN mồi ở đầu 5’ của đoạn Okazaki

phía trước.

3. Ligase xúc tác p.ứng hình thành liên kết

phosphodiester giữa 2 đoạn Okazaki liền kề.

Giai đoạn kết thúc

10/27/2014 26

Hoạt tính exonuclease của ADN

polymerase I loại bỏ mồi ARN.

5’

5’

3’ 3’

5’

3’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’


10/27/2014 27

Hoạt tính polymerase của ADN pol lắp đầy lỗ trống.

Ligase hình thành lk khung đường – phosphate.

3’

5’

3’

5’ 3’

5’

3’

3’

5’


10/27/2014 28



PHIÊN MÃ

10/27/2014 29

Các thành phần tham gia phiên mã

ARN polymerase (ARN pol):

- Xúc tác phản ứng trùng hợp ARN (5’3’)

- Tự tách 2 mạch đơn của pt ADN sợi kép

- Không cần đoạn mồi

Các ribonucleotide triphosphate (NTP):

- Thành phần cấu trúc nên ARN

- Ribonucleotide triphosphate (ATP, GTP, CTP, UTP)

10/27/2014 30

Các trình tự điều hòa phiên mã:

Là các trình tự nu đặc thù trên ADN đánh dấu

vị trí gen được bắt đầu và kết thúc phiên mã.

Gồm:

Trình tự khởi đầu phiên mã (hay promoter).

Trình kết thúc phiên mã (terminator).

Các thành phần tham gia phiên mã

10/27/2014 31


ARN pol phải trải qua một loạt các bước hoạt

động và thường được chia làm 3 giai đoạn:

Khởi đầu

Kéo dài

Kết thúc

Các bước của quá trình phiên mã

10/27/2014 32

- Khởi đầu:

• ARN pol vừa liên kết vào promoter

• Phức hệ ARN pol – promoter biến đổi cấu

trúc hình thành nên “bóng phiên mã”.

• ARN pol tổng hợp 1 đoạn dài 10 rn.


10/27/2014 33

- Kéo dài

ARN pol thay đổi cấu hình liên kết ổn

định vào mạch ADN khuôn, giãn xoắn mạch

ADN ở phía trước, tổng hợp chuỗi ARN, tách

chuỗi ARN khỏi mạch khuôn ADN và đóng

xoắn trở lại mạch ADN ở phía sau.


10/27/2014 34

- Kết thúc phiên mã:

Khi ARN pol đã phiên mã hết chiều dài gen

Tín hiệu kết thúc phiên mã: có cấu trúc đặc biệt

phù hợp cho sự giải phóng các thành phần của

phức hệ phiên mã. Là các đoạn trình tự đặc thù

giúp các yếu tố kết thúc phiên mã nhận ra và thúc

đẩy sự kết thúc.


10/27/2014 35

Quá trình trưởng thành của tiền mARN

Sự cải biến đầu 5’ của mARN


Cắt intron điển hình ở Eukaryote


10/27/2014 36


Gắn mũ đầu 5’

- Khi tiền-mARN dài khoảng 20-30 nu

- Enzyme “lắp mũ” sẽ bổ sung một Guanine được

gắn nhóm methyl (-CH3) tại vị trí số 7 của bazo

guanosine (m7G) vào đầu 5’ của chuỗi ARN qua

liên kết 5’-5’.

- mũ m7G bảo vệ được mARN trong suốt quá trình

dịch mã tránh tác động của các exonuclease.

10/27/2014 37


Gắn đuôi poly A (50-250A).

Mạch ADN khuôn ko có trình tự mã hóa đuôi poly A.

Đuôi polyA cần để mARN được vận chuyển “an toàn” từ

nhân ra tế bào chất.

Trong tế bào chất, đuôi polyA giúp:

oBảo vệ đầu 3’ mARN khỏi tác động của các exonuclease.

oĐiều hòa tính ổn định của các pt mARN

oTăng hiệu suất dịch mã.

10/27/2014 38

• Tế bào nhận ra intron nhờ một số trình tự vùng

biên của intron và đoạn nối exon và intron.

• Cụ thể, các intron điển hình được giới hạn bởi

đầu 5’-GU và 3’-AG.

• Các intron/tiền-mARN được cắt bỏ bằng phức

hệ xén spliceosome, các exon được nối với

nhau.


10/27/2014 39

• Spliceosome gồm tiền-mARN kết hợp với các hạt

ribonucleoprotein kích thước nhỏ, được kí hiệu là

snRNP.

• Intron được cắt ở phía đầu 3’ (intron vẫn ở dạng

“thòng lọng”). Các exon liền kề ở hai đầu 5’ và 3’

của intron liên kết với nhau.

• Phức hệ snRNP rời khỏi phân tử ARN.


10/27/2014 40

III. Dịch mã

Là quá trình TTDT trong trình tự mARN

được dùng để tổng hợp nên chuỗi a.a

tương ứng của phân tử protein.

1. Các thành phần tham gia

2. Các bước của qt dịch mã

10/27/2014 41

1. Các thành phần tham gia dịch mã

• mARN: dùng làm khuôn để tổng hợp protein

• tARN: như “người phiên dịch” giữa hai “ngôn

ngữ” ADN và protein

• enzyme aminoacyl-tARN synthetase xúc tác

phản ứng hình thành lk cộng hóa trị đặc hiệu

giữa a.a với phân tử tARN vận chuyển

• Ribosome: thúc đẩy phản ứng lk peptide.

10/27/2014 42

• Enzyme aminoacyl-tARN synthetase

Xúc tác pứ gắn a.a vào tARN qua hai bước:

Bước 1: adenylyl hóa a.a

a.a + ATP a.a (AMP) + P-P

Bước 2: nạp a.a đã adenylyl hóa cho tARN.

a.a (AMP) + tARN(đầu 3’) -> a.a-tARN + AMP.


10/27/2014 43

Ribosome:

• Tiểu phần lớn mang vùng xúc tác hình

thành lk peptide, gọi là trung tâm peptidyl

transferase.

• Tiểu phần nhỏ mang vùng có vai trò đối

chiếu bộ ba đối mã/tARN (đã nạp a.a) với mã

bộ ba/mARN được gọi là trung tâm giải mã.


10/27/2014 44

• Ribosome:

Gồm hai tiểu phần:

Ở P: Ribosome có hệ số lắng là 70S

Tiểu phần nhỏ 30S

Tiểu phần lớn 50S


10/27/2014 45

• Ribosome:

Các vị trí trên Ribosome

A (aminoacyl): nơi aa-tARN đã nạp a.a vào

P (peptidyl): nơi peptidyl-tARN đứng

E (exit): nơi tARN giải phóng khỏi chuỗi

polypeptide và ribosome.


10/27/2014 46

2. Các bước của qúa trình dịch mã

Goàm 3 giai ñoaïn:

Khôûi söï

Keùo daøi

Keát thuùc

10/27/2014 47

Khởi sự:

Có 3 sự kiện:

1. Ribosome (Rb) được huy động đến mARN

2. aa-tARN được đặt vào vị trí P của Rb

3. Rb định vị chính xác trên mã bắt đầu (AUG)


10/27/2014 48

Khởi sự:

Yêu cầu:

1. Hai đơn vị dưới 30S & 50S

2. mRNA

3. fMet-tRNA

4. 3 nhân tố khởi đầu (IF-1, -2, -3)

5. GTP


10/27/2014 49

Khởi sự:

3 bước:

1. Đơn vị dưới 30S gắn với IF-1 và IF-3

2. fMet-tRNAfMet liên kết với IF-2(GTP)

3. Rb 50S gắn kết với 30S


10/27/2014 50

Khởi sự:

Bước 1:

Đơn vị dưới 30S gắn với IF-1 và IF-3

IF-3 ngăn đơn vị dưới 50S gắn vào

IF-1 chiếm vị trí A, ngăn ko cho tARN vào


10/27/2014 51

10/27/2014 52

Khởi sự

Bước 2:

fMet-tRNAfMet liên kết với IF-2(GTP)

- IF2-tRNAfMet vào vị trí P của Rb 30S ở AUG

- Chỉ có tRNAfMet có thể vào vị trí P trực tiếp

mà không thông qua vị trí A


10/27/2014 53

10/27/2014 54

Khởi sự

Bước 3: 50S gắn kết với 30S

• Thủy phân GTP đồng thời ở IF-2

• Tất cả 3 nhân tố khởi đầu được phóng thích.

• Bây giờ chúng ta có một phức hợp khởi đầu

với một mARN ở đụng vị trí và fMet-tRNAfMet.


10/27/2014 55

10/27/2014 56

Kéo dài

Yêu cầu:

1. Phức hợp khởi đầu 70S

2. a.a-tARNs

3. 3 nhân tố kéo dài (EF-Tu, EF-Ts, EF-G)

4. GTP


10/27/2014 57

Kéo dài

2 bước:

1. Hình thành liên kết peptide

2. Chuyển vị


10/27/2014 58

Kéo dài

Bước 1: Hình thành liên kết peptide

Nhóm amin của aa1-tARN tương tác nhóm

COOH của fMet-tRNAfMet, hình thành lk

peptide và phóng thích tRNAfMet.


10/27/2014 59

10/27/2014 60

10/27/2014 61

Kéo dài

Bước 2: Chuyển vị

- Rb di chuyển 1 codon theo chiều 5’ 3’

- Chuyển vị trí cả 2 tARN vào vị trí E và P

- tARN đầu vào E và giải phóng khỏi Rb

- Cần protein-G, EF-G, phân giải n.lượng GTP


10/27/2014 62

10/27/2014 63

10/27/2014 66

Kết thúc

• Xảy ra khi một codon STOP vào vị trí A.

• Protein phóng thích (release protein-RF ) hoạt động:

• RF (# tRNA) vào codon STOP. RF hoạt hóa sự thủy

phân chuỗi polypeptide khỏi peptidyl-tARN.

• Tiếp theo, tARN tự do được giải phóng khỏi vị trí P,

và 2 đơn vị dưới của ribosome tách ra.


10/27/2014 67

10/27/2014 68

Caûm ôn ñaõ laéng nghe

10/27/2014 69

2 - SAO MA-PHIEN MA-GIAI MA 2014-2015

Documents

Transcript of 2 - SAO MA-PHIEN MA-GIAI MA 2014-2015