Chuyên đề 5: Prôtêin và quá trình dịch mã

Nguồn: Thư viện Sinh học

I. Prôtêin:

– Là thành phần cấu trúc bắt buộc của tế bào, được cấu tạo từ các nguyên tố: C,H,O,N,P, S …

– Là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân là các Acid amin. Có 20 loại acid amin khác nhau. Từ 20 loại này có thể cấu tạo nên vô số các prôtêin khác nhau về thành phần, số lượng, và trình tự các acid amin, đảm bảo tính đa dạng và đặc thù của từng loại prôtêin.

– Cấu tạo mỗi đơn phân gồm có 3 thành phần chính: Nhóm COOH, nhóm NH2 và gốc R liên kết với cacbon trung tâm (Cả COOH và NH2 , cả 1 ngtử H đều lk với C – C này gọi là C alpha). Sự khác nhau về thành phần cấu trúc của nhóm R chia 20 loại aicd amin làm 4 nhóm: Acid, Bazo, Phân cực, Không phân cực.

Cấu trúc 4 bậc của phân tử Prôtêin:

Bậc 1: Các đơn phân acid amin của prôtêin liên kết với nhau bằng liên kết peptit loại một nước, tạo thành chuỗi polipeptit mạch thẳng.

Bậc 2: Cấu trúc bậc 2 là cấu trúc vòng xoắn lò xo đều đặn hoặc gấp nếp beta, các nếp gấp và vòng xoắn được cố định bởi các liên kết hidro giữa các acid amin gần nhau.

Bậc 3: Chuỗi xoắn cuộn xếp tạo thành cấu trúc đặc thù trong không gian 3 chiều, tạo nên tính đặc trưng cho từng loại prôtêin bằng các liên kết đisunfua, liên kết ion, vander_van… tăng tính bền vững của phân tử prôtêin.

Bậc 4: 2 hay nhiều chuỗi cuộn xếp bậc 3 liên kết với nhau tạo thành phần phân tử prôtêin hoàn chỉnh, có cấu hình không gian đặc trưng cho từng loại prôtêin, giúp nó thực hiện được chức năng hoàn chỉnh.

II. Vai trò của ARN trong dịch mã:

Các loại ARN tham gia vào quá trình dịch mã đó là: mARN, rARN, và tARN.

– mARN: là bản phiên mã từ mã gốc của gen chứa đựng thông tin giải mã trình tự, số lượng, thành phần của các acid amin trong phân tử prôtêin.

– tARN: là ARN vận chuyển có 2 đầu, 1 đầu mang bộ 3 đối mã và đầu còn lại mang các acid amin tương ứng làm chức năng vận chuyển các acid amin đến mARN để tổng hợp prôtêin.

– rARN: tham gia vào thành phần của Riboxom, nơi tổng hợp nên chuỗi polipeptit.

III. Dịch mã:

Dịch mã hay còn gọi là giải mã được thực hiện ở ngoài tế bào chất, giúp tế bào tổng hợp nên các loại prôtêin khác nhau tham gia vào chức năng và cấu trúc tế bào.

Lí thuyết cơ bản cần nắm:

Gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Tổng hợp ARN để chuyển thông tin di truyền từ gen sang sản phẩm prôtêin (xem phần tổng hợp ARN)

Giai đoạn 2: Tổng hợp prôtêin ở tế bào chất gồm 4 bước cơ bản: (Một số sách chia là 2 giai đoạn: khởi đầu, kéo dài và kết thúc)

+ Bước 1: Hoạt hoá axit amin. Các axit amin tự do có trong bào chất được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất giàu năng lượng ađenôzintriphôtphat (ATP) dưới tác dụng của một số loại enzim. Sau đó, nhờ một loại enzim đặc hiệu khác, axit amin đã được hoạt hoá lại liên kết với tARN tương ứng để tạo nên phức hợp axit amin – tARN (aa – tARN).

+ Bước 2: Mở đầu chuỗi pôlipeptit có sự tham gia của ribôxôm , bộ ba mở đầu AUG (GUG ở sinh vật nhân sơ), tARN axit amin mở đầu tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu trên mARN theo NTBS. Kết thúc giai đoạn mở đầu

+ Bước 3: Kéo dài chuỗi pôlipeptit, tARN vận chuyển axit amin thứ nhất tiến vào ribôxôm đối mã của nó khớp với mã mở đầu của mARN theo nguyên tắc bổ sung. aa1 – tARN tới vị trí bên cạnh, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ nhất trên mARN theo nguyên tắc bổ sung. Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và axit amin thứ nhất. Ribôxôm dịch chuyển đi một bộ ba trên mARN (sự chuyển vị) làm cho tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm. Tiếp đó, aa2 – tARN tiến vào ribôxôm, đối mã của nó khớp với mã của axit amin thứ hai trên mARN theo nguyên tắc bổ sung.

Liên kết peptit giữa aa1 và aa2 được tạo thành. Sự chuyển vị lại xảy ra, và cứ tiếp tục như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với bộ ba tiếp giáp với bộ ba kết thúc phân tử chuỗi polipeptit lúc này có cấu trúc

aaMĐ – aa1 – aa­2 … aan vẫn còn gắn với tARN axit amin thứ n.

+ Bước 4: Kết thúc chuỗi pôlipeptit, Ribôxôm chuyển dịch sang bộ ba kết thúc lúc này ngừng quá trình dịch mã 2 tiểu phần của ribôxôm tách nhau ra tARN, axit amin cuối cùng được tách khỏi chuỗi polipeptit. Một enzim khác loại bỏ axit amin mở đầu giải phóng chuỗi pôlipeptit.

Cần lưu ý trên mỗi mARN cùng lúc có thể có nhiều ribôxôm trượt qua với khoảng cách là 51Å -> 102Å. Nghĩa là trên mỗi mARN có thể tổng hợp nhiều prôtêin cùng loại.

Sự tổng hợp prôtêin góp phần đảm bảo cho prôtêin thực hiện chức năng biểu hiện tính trạng và cung cấp nguyên liệu cấu tạo nên các bào quan và đảm nhận nhiều chức năng khác nhau.

Những điểm cần lưu ý:

– Dịch mã bắt đầu khi tARN đặc biệt cho khởi sự gắn với đơn vị nhỏ của roboxom, phức hợp sẽ bám vào các trình tự nhận biết đặc biệt của roboxom ở đầu 5’ của mARN phía trước đoạn mã hoá cho protein. Nhờ đó anticodon (bộ 3 đối mã) của tARN-methionine khở sự bắt cặp với codon(bộ 3 mã hoá) xuất phát AUG trên mARN, ở điểm P (P-site). Sau đó các đơn vị lớn và nhỏ gắn vào nhau tạo thành roboxom nguyên vẹn.

– Ở bước kết thúc, mã kết thúc không có anticodon. Thay vào đó các nhân tố phóng thích RF làm kết thúc quá trình. Mạch polipeptit có NH2- và –COOH hoàn chỉnh sẽ thoát ra ngoài nhờ nhân tố phóng thích đó.

Quá trình dịch mã.

Ở sinh vật nhân thực, sau khi mARN được tổng hợp, hoàn thiện, nó sẽ rời khỏi nhân, ra ngoài tế bào chất, làm khuôn mẫu cho quá trình dịch mã.

Ở sinh vật nhân sơ, vì không có màng nhân, nên quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra gần như đồng thời.

Trong quá trình dịch mã, mARN liên kết với riboxom. Quá trình dịch mã được thực hiện theo 3 bước:

Hoạt hoá a.a

Dưới tác dụng của enzim, và sử dụng năng lượng, 1 phân tử a.a sẽ liên kết với 1 phân tử tARN tại vị trí xác định, tạo thành phức hệ aa – tARN.

Ta coi rằng mỗi loại tARN chỉ liên kết với 1 loại a.a; nhưng mỗi loại a.a có thể liên kết với nhiều hơn 1 loại tARN (tính chất tương tự với mã bộ ba)

Dịch mã và hình thành chuỗi polipeptit

Tiểu phần bé của riboxom liên kết với mARN, sau đó phân tử tARN mang a.a mở đầu (Met ở nhân thực, f-Met ở nhân sơ) đến. Bộ ba đối mã trên phân tử tARN sẽ liên kết theo nguyên tắc bổ sung với bộ ba mã hoá trên phân tử mARN. Sau đó, tiểu phần lớn của riboxom sẽ liên kết, tạo thành phức hệ mARN-riboxom, bắt đầu quá trình dịch mã.

Quá trình này còn có sự tham gia của các yếu tố khác (If-I, If-II…)

tARN mang a.a thứ nhất tới vị trí A (tARN mang Met ở vị trí P có sẵn), trong đó bộ ba đối mã của nó liên kết bổ sung với bộ ba mã hoá tiếp theo (sau vị trí mở đầu) trên mARN.

Enzim xúc tác hình thành liên kết peptit giữa a.a mở đầu và a.a thứ nhất.

Tiếp đó, riboxom dịch chuyển 1 nấc trên mARN, khiến các tARN dịch chuyển 1 vị trí:

+ tARN mang a.a mở đầu -> vị trí E. Liên kết giữa tARN và a.a của nó bị phá vỡ, tARN rời khỏi riboxom.

+ tARN mang a.a thứ nhất -> vị trí P.

+ 1 tARN khác, mang a.a thứ 2 vào liên kết với bộ ba mã hoá kế tiếp trên mARN.

Cứ như thế, liên kết peptit được hình thành giữa các a.a theo thứ tự nhất định.

Quá trình tiếp tục cho tới khi gặp bộ ba kết thúc thì dừng lại.

Các tiểu phần riboxom tách nhau và rời khỏi mARN, giải phóng chuỗi polipeptit mới được tổng hợp. Axit amin mở đầu rời khỏi chuỗi. Chuỗi polipeptit tiếp tục được hoàn thiện và tạo thành phân tử prôtêin hoàn chỉnh.

Poliriboxom:

Trên mỗi phân tử mARN thường có 1 số riboxom cùng hoạt động, tại các vị trí khác nhau, lần lượt tổng hợp nên các chuỗi polipeptit giống nhau. Nhờ đó, trong 1 khoảng thời gian ngắn, 1 lượng lớn prôtêin có thể được hình thành, đáp ứng nhu cầu của tế bào.

Các riboxom, tARN được tái sử dụng nhiều lần, dùng để tổng hợp nên mọi loại prôtêin trong cơ thể. Còn các mARN sau khi sử dụng thường sẽ bị phân huỷ. Đời sống của 1 mARN cũng là 1 cơ chế điều hoà hoạt động gen.

Chuyên đề 4: Các loại ARN – Quá trình dịch mã

Nguồn: thư viện Sinh học

I. ARN

1. Cấu trúc chung

– ARN (axit ribonucleic) là 1 loại axit nucleic (như ADN), cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P. ARN là 1 đại phân tử, cấu tạo theo nguyên tắc đơn phân mà các đơn phân là các ribonucleotit (riboNu).

2. Cấu trúc cụ thể 1 riboNu:

Gồm 3 thành phần:

– Đường ribozơ .

– Nhóm photphat

– Bazơ nitơ gồm 4 loại A, U, G, X (khác với ADN)

Liên kết tạo mạch ARN giống ở ADN.

3. Các loại ARN:

Có rất nhiều loại ARN khác nhau, nhưng tiêu biểu và hay gặp là:

– mARN: ARN thông tin: mang thông tin mã hóa cho a.a

– tARN:  ARN vận chuyển: mang a.a tham gia quá trình dịch mã.

– rARN: ARN riboxom: tham gia cấu trúc ribxom.

Ngoài ra còn có ARN mạch đơn, kép là vật chất di truyền ở virus, nhiều phân tử ARN rất nhỏ có chức năng điều hoà, ARN có chức năng như 1 enzim (ribozim)

Mỗi loại ARN có cấu trúc, thời gian tồn tại trong tế bào khác nhau phù hợp với chức năng.

II. QUÁ TRÌNH PHIÊN MÃ

1. Khái niệm: Là quá trình truyền thông tin di truyền từ phân tử ADN mạch kép sang ARN mạch đơn (sgk Sinh 12 nâng cao).

Quá trình này có nhiều tên gọi: phiên mã, tổng hợp ARN, sao mã…

Định nghĩa như vậy không có nghĩa rằng tất cả các đoạn ADN đều sẽ được phiên mã trở thành ARN. Chỉ có gen (định nghĩa phía trên) mới được phiên mã.

Quá trình phiên mã chỉ xảy ra trên 1 mạch của gen, mạch này được gọi là mạch gốc.

2. Yếu tố tham gia

– Enzim: cần nhiều enzim khác nhau, và các yếu tố trợ giúp. Vai trò chính là của ARN polimeraza (ARN pol)

– Khuôn: 1 mạch của ADN. Chiều tổng hợp mạch mới từ 5′-3′.

– Nguyên liệu: Các riboNu và nguồn cung cấp năng lượng (ATP, UTP, GTP…)

3. Diễn biến

a. Mở đầu:

– ARN pol nhận biết điểm khởi đầu phiên mã.

Việc ARN pol nhận biết điểm khởi đầu phiên mã của 1 gen là cực kì quan trọng đối với sự phiên mã của gen. 1 khi ARN pol đã bám vào ADN, gần như chắc chắn nó sẽ phiên mã. ARN pol thì luôn rà soát dọc sợi ADN, trong khi gen thì có gen được phiên mã nhiều, gen phiên mã ít. Căn bản của sự khác nhau này là ở cái gọi là ái lực của gen đối với ARN pol. Ái lực càng cao, gen càng có nhiều ARN pol chạy qua, càng nhiều phân tử protein được tổng hợp. Ái lực này phụ thuộc vào hàng loạt protein, và đặc biệt là trình tự ở vùng điều hòa của gen.

– ADN tháo xoắn, tách mạch tại vị trí khởi đầu phiên mã.

– Các riboNu tới vị trí ADN tách mạch, liên kết với ADN mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung, cụ thể:

A (ADN) liên kết với U môi trường (mt)

T (ADN) liên kết với A mt

G (ADN) liên kết với X mt

X (ADN) liên kết với G mt

– Hình thành liên kết photphođieste giữa các riboNu -> tạo mạch.

b. Kéo dài:

– ARN pol di chuyển trên mạch gốc theo chiều 3′-5′, cứ như thế, các riboNu liên kết tạo thành phân tử ARN.

– ARN tách dần khỏi mạch ADN, 2 mạch ADN sau khi ARN pol đi qua lại liên kết trở lại.

c. Kết thúc:

Nhờ tín hiệu kết thúc, ARN pol kết thúc việc tổng hợp ARN, rời khỏi ADN.

Phân tử ARN được tạo ra ở sinh vật nhân sơ, qua 1 vài sơ chế nhỏ có thể làm khuôn để tổng hợp protein. Trên thực tế, ở sinh vật nhân sơ, quá trình phiên mã (tổng hợp mARN) và quá trình dịch mã (tổng hợp protein) gần như xảy ra đồng thời.

Còn ở sinh vật nhân thực, do gen là gen phân mảnh (có xen kẽ exon và intron), nên phân tử ARN được tạo ra có cả đoạn tương ứng intron, exon. Phân tử này được gọi là tiền mARN. Tiền mARN sẽ được cắt bỏ các intron để tạo thành phân tử mARN trưởng thành. Phân tử mARN trưởng thành này mới làm khuôn tổng hợp protein.

Việc cắt bỏ intron khá phức tạp. Cần có những đoạn trình tự đặc biệt để phức hệ cắt intron có thể nhận biết được. Do vậy, nếu có đột biến xảy ra làm thay đổi trình tự này, khiến phức hệ cắt intron không nhận ra intron, không cắt intron, đều có thể dẫn đến thay đổi cấu trúc protein. Vì vậy, không hoàn toàn đúng khi nói rằng đột biến ở intron là không gây hại.

Sau khi cắt intron, việc sắp xếp lại các exon cũng là vấn đề. Sự sắp xếp khác nhau có thể dẫn đến các phân tử mARN trưởng thành khác nhau, và đương nhiên là quy định các protein khác nhau. Đây là 1 hiện tượng được thấy đối với gen quy định tổng hợp kháng thể ở người. Vì vậy, chỉ 1 lượng rất nhỏ gen nhưng có thể tổng hợp rất nhiều loại kháng thể khác nhau.

Ở sinh vật nhân thực, hệ enzim phức tạp hơn, có nhiều loại ARN pol tổng hợp từng loại mARN, tARN, rARN.

Lưu ý: Khi nói quá trình phiên mã xảy ra theo chiều 5′-3′ mạch mới, hay trên mạch khuôn là 3′-5′ không có nghĩa rằng mạch 3′-5′ của ADN luôn là mạch khuôn. Phân tử ARN pol hoạt động tại đơn vị là gen. Nếu ADN có mạch 1 và 2, có thể đối với gen này, mạch gốc là mạch 1, còn gen kia thì mạch gốc lại là mạch 2.

Nắm rõ được điều này, ta có thể thấy, trong đột biến đảo đoạn NST. Nếu đoạn đảo đó chứa 1 gen nguyên vẹn, thì không ảnh hưởng tới quá trình phiên mã của gen (bỏ qua ảnh hưởng của các yếu tố điều hoà)

Chuyên đề 3: ADN và quá trình nhân đôi ADN

Nguồn: Thư viện Sinh học

I: ADN

1. Cấu trúc chung

– ADN cấu tạo từ các nguyên tố C, H, O, N, P

– ADN là 1 đại phân tử, cấu trúc theo nguyên tắc đa phân gồm nhiều đơn phân là các Nuclêôtit (viết tắt là Nu)

– ADN thường gặp có cấu trúc 2 mạch bổ sung, xoắn phải (theo mô hình của J.Oat xơn và F Crick), 2 mạch ngược chiều nhau, liên kết giữa các Nu trên 1 mạch là liên kết photphodieste; giữa các Nu trên 2 mạch với nhau là liên kết Hiđrô.

– Có nhiều loại ADN khác nhau, trong đó loại ADN mà J.Oat xơn và F Crick công bố là loại B, ngoài ra còn có nhiều loại ADN khác: A, C, D,… Z khác nhau chủ yếu ở kích thước và số Nu trong 1 chu kì. Đáng chú ý là ADN loại Z cấu trúc xoắn trái. ADN mạch đơn tìm thấy ở virus.

2. Cấu trúc cụ thể 1 Nu:

Đơn phân của ADN là Nuclêôtit, cấu trúc gồm 3 thành phần:

– Đường đeoxiriboz:

– Nhóm Photphat

– Bazơ nitơ: gồm 2 loại chính: purin và pirimidin

+ Purin: Nuclêôtit có kích thước lớn hơn: A (Ađenin) và G (Guanin)

+ Pirimidin: Nuclêôtit có kích thước nhỏ hơn: T (Timin) và X (Xitôzin)

Vì các thành phần đường và photphat là chung cho các Nu, nên người ta vẫn gọi thành phần bazơ nitơ là Nu: Nu loại A, G, T, X…

Bazơ nitơ liên kết với đường tai vị trí C thứ 1; nhóm photphat liên kết với đường tại vị trí C thứ 5 tạo thành cấu trúc 1 Nuclêôtit.

3. Sự tạo mạch:

Khi tạo mạch, nhóm photphat của Nu đứng trước sẽ tạo liên kết với nhóm OH của Nu đứng sau (tại vị trí C số 3). Liên kết này là liên kết photphodieste (nhóm photphat tạo liên kết este với OH của đường của chính nó và tạo liên kết este thứ 2 với OH của đường của Nu kế tiếp => đieste). Liên kết này, tính theo số thứ tự đính với C trong đường thì sẽ là hướng 3′-OH; 5′-photphat.

Giữa 2 mạch, các Nu liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung. A liên kết với T bằng 2 liên kết Hidrô; G liên kết với X bằng 3 liên kết Hidrô. Do liên kết Hidrô là liên kết yếu, nên nó có thể bị phá vỡ dễ dàng trong quá trình nhân đôi ADN và phiên mã gen.

II: QUÁ TRÌNH NHÂN ĐÔI ADN:

1. Thời điểm:

ADN được nhân đôi vào giai đoạn S thuộc kì trung gian của chu kì tế bào. Kì trung gian có 3 giai đoạn chính: G1, S, G2. Cụ thể, khi tế bào vượt qua điểm R (điểm cuối pha G1) nó sẽ bước vào S và nhân đôi ADN, dẫn đến nhân đôi NST.

2. Nguyên liệu:

Các Nucleotit các loại : A, T, G, X; năng lượng cung cấp dưới dạng ATP, hệ enzim sao chép.

3. Nguyên tắc:

– Bổ sung.

– Bán bảo toàn.

*Có nhiều thí nghiệm chứng minh nguyên tắc nhân đôi ADN (đặc biệt là nguyên tắc bán bảo toàn) trong đó 1 thí nghiệm nổi tiếng là của Meselson và Stahl. Hai ông dùng đồng vị phóng xạ  đánh dấu ADN, sau đó cho vi khuẩn chứa ADN này thực hiện quá trình nhân đôi ADN trong môi trường . Nhờ thực hiện ly tâm và phân tích kết quả thu được, họ đã chứng minh được cơ chế nhân đôi bán bảo toàn của ADN.

4: Khởi đầu:

– Ta đều biết ADN xoắn khá chặt, và như vậy rất khó tạo điều kiện cho các enzim tiếp xúc. Vì vậy, hoạt động đầu tiên của quá trình là dãn mạch ADN nhờ enzim girase (1 loại enzim ADN topoisomeraza)

– Sau khi dãn mạch, enzim helicase sẽ cắt liên kết Hidro bắt đầu tại vị trí khởi đầu sao chép (ori) để tách 2 mạch của ADN, tạo chạc sao chép.

– Chạc sao chép được hình thành, các phân tử protein SSB (protein liên kết sợi đơn) sẽ bám vào sợi ADN đơn để ngăn 2 mạch tái liên kết với nhau, giữ 2 mạch thẳng, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ enzim hoạt động.

* Thông thường, mỗi khi tách mạch ra, thì tại vị trí tách mạch sẽ hình thành 2 chạc sao chép ngược chiều với nhau.

5. Hình thành mạch:

a. Xét ở sinh vật nhân sơ:

Trong quá trình nhân đôi ADN có sự tham gia của rất nhiều enzim. 1 trong số những enzim quan trọng là ADN polimeraza (ADN pol – vai trò chính ở nhân sơ là ADN pol III). Enzim ADN pol có 1 đặc tính là chỉ có thể bổ sung mạch mới dựa trên đầu 3′-OH có sẵn. Điều này dẫn tới 2 đặc điểm:

– ADN pol không thể tự tổng hợp mạch mới (Nhưng ARN pol thì không đòi hỏi yêu cầu này)=> cần 1 đoạn mồi khoảng 10 Nu (thường là ARN) – primer (enzim tổng hợp là primase – 1 loại ARN polimeraza). Đoạn mồi này có vai trò cung cấp đầu 3′-OH cho ADN pol tổng hợp mạch mới. Sau đó, đoạn mồi này, thường, sẽ được thay thế bằng 1 đoạn ADN tương ứng.

– ADN pol (III) chỉ có thể tổng hợp mạch mới theo chiều 5′-3′. Do vậy, trên mạch khuôn chiều 3′-5′ sẽ được tổng hợp liên tục; còn mạch 5′-3′ sẽ được tổng hợp gián đoạn thành các đoạn ADN ngắn khoảng 1000 Nu (gọi là đoạn Okazaki).

Tiến trình có thể hiểu đơn giản là:

+ Sau khi hình thành chạc sao chép, enzim primase (ARN pol) sẽ tổng hợp 1 đoạn ARN mồi.

+ ADN pol III nối dài mạch dựa trên đoạn mồi đó. Trên mạch 3′-5′, nó tổng hợp liên tục, hướng vào chạc sao chép; trên mạch 5′-3′ tổng hợp gián đoạn thành các đoạn Okazaki, ngược hướng so với hướng phát triển của chạc sao chép.

+ Các đoạn mồi này hầu hết sẽ được enzim ADN pol I cắt đi và thay thế bằng 1 đoạn ADN tương ứng.

Sở dĩ nói hầu hết, vì đoạn mồi đầu tiên, ngoài cùng của ADN, nó cần 1 enzim riêng để tổng hợp đoạn ADN tương ứng (enzim này bản chất giống như 1 enzim sao chép ngược). Enzim này chỉ tồn tại trong các tế bào gốc, chưa biệt hóa. Ở các tế bào đã biệt hóa, gen tổng hợp enzim này bị khóa, do vậy sau mỗi lần nhân đôi, ADN lại ngắn đi 1 đoạn nhỏ. Điều này làm hạn chế số lần nhân đôi của tế bào, và cũng là 1 cơ chế tự chết của tế bào. 1 vài tế bào bị đột biến làm mở gen này -> không hạn chế phân bào -> phát triển thành ung thư (đây là 1 cơ chế gây ung thư)

+ Enzim ligaza sẽ nối các đoạn ADN rời lại với nhau (những đoạn Okazaki với đoạn ADN thay thế đoạn mồi…)

b. Ở sinh vật nhân thực.

Sự nhân đôi ở sinh vật nhân thực nhìn chung là giống sinh vật nhân sơ. Tuy nhiên, có 1 vài điểm khác đáng lưu ý:

– Ở sinh vật nhân sơ chỉ có 1 điểm khởi đầu sao chép (Ori C), nhưng ở sinh vật nhân thực, do hệ gen lớn, nên có rất nhiều điểm khởi đầu tái bản.

– Ở sinh vật nhân thực, hệ enzim tham gia phức tạp hơn so với nhân sơ. Hệ enzim ADN pol có nhiều loại alpha, beta, gama… và cơ chế hoạt động phức tạp hơn.

– Nhìn chung, tốc độ nhân đôi ở sinh vật nhân sơ lớn hơn ở sinh vật nhân thực.

6. Hoàn thiện:

Ở cả sinh vật nhân sơ và nhân thực luôn có quá trình sửa sai nhờ hệ thống enzim sửa sai luôn rà soát trên phân tử ADN.

Phân tử ADN sau khi tổng hợp xong sẽ hình thành cấu trúc ổn định (cuộn xoắn, liên kết với protein…) và độc lập với phân tử ADN mẹ. Quá trình nhân đôi ADN kết thúc thường dẫn tới quá trình phân chia tế bào.

Chuyên đề 2: Mã di truyền

1. Khái niệm:

Mã di truyền: là mã bộ ba, cứ ba nuclêôtit đứng liền nhau trên mạch mã gốc mã hoá cho một axit amin.

2.Đặc điểm của mã di truyền:

– Mã di truyền là mã bộ ba, nghĩa là cứ 3 Nu kế tiếp mã hoá cho 1 a.a. Mã di truyền được đọc từ 1 điểm xác định và liên tục (không chồng gối lên nhau).

– Mã di truyền có tính đặc hiệu, tức là 1 bộ ba chỉ mã hoá cho 1 a.a.

– Mã di truyền có tính thoái hoá nghĩa là có nhiều bộ ba khác nhau có thể cùng mã hoá cho 1 a.a.

– Mã di truyền có tính phổ biến, trừ 1 vài ngoại lệ, hầu hết các loài đều dùng chung 1 bộ mã di truyền.

*Trong 64 bộ ba, có 3 bộ ba không mã hoá a.a: UAA, UAG, UGA – bộ ba kết thúc. Bộ ba mở đầu là AUG, quy định axit amin metionin (Met) ở sinh vật nhân thực hoặc foomin metionin (f-Met) ở sinh vật nhân sơ.

Chuyên đề 1: Gen

Nguồn: Thư viện Sinh học

1. Khái niệm:

Gen là 1 đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho 1 sản phẩm xác định (sản phẩm đó có thể là chuỗi polipeptit hay ARN)

2. Cấu trúc chung:

Một  gen mã hóa prôtêin có cấu trúc điển hình gồm 3 vùng:

– Vùng điều hoà: Mang tín hiệu khởi động và kiểm soát quá trình phiên mã.

– Vùng mã hóa: Mang thông tin mã hóa các a.a

– Vùng kết thúc: Mang tín hiệu kết thúc phiên mã.

• Vùng điều hòa:

Trong vùng mã hóa có những đoạn thực sự mang thông tin mã hóa a.a (gọi là đoạn exon) và những đoạn không mang thông tin mã hóa a.a (intron). Gen có cả exon và intron gọi là gen phân mảnh; gen chỉ có exon là gen không phân mảnh. Gen không phân mảnh có ở nhân sơ; gen không phân mảnh có ở nhân thực và vi khuẩn cổ (ít được đề cập đến). Các đoạn exon luôn mở đầu và kết thúc cho 1 gen.

Như vậy có nghĩa là, không phải tất cả các đoạn ADN đều là gen. Thực tế, người ta nhận thấy số lượng gen/tổng số ADN là rất nhỏ, đặc biệt là ở sinh vật nhân thực. Các đoạn ADN không phải là gen có rất nhiều chức năng quan trọng mà khoa học vẫn chưa xác định được hết. Trong đó có các trình tự đầu mút, trình tự tâm động, đoạn ADN nối giữa các gen….

BÀI 6: ĐỘT BIẾN SỐ LƯỢNG NHIỄM SẮC THỂ

•  Khái niệm đột biến số lượng NST:

Là đột biến làm thay đổi về số lượng NST trong tế bào.

• Phân loại đột biến số lượng NST:

+ Đột biến lệch bội
+ Đột biến đa bội

I. ĐỘT BIẾN LỆCH BỘI

1. Khái niệm và phân loại:

Khái niệm: đột biến lệch bội là đột biến làm thay đổi số lượng NST ở 1 hay 1 số cặp NST tương đồng.

2. Cơ chế phát sinh:

– Trong giảm phân: Do thoi vô sắc không hình thành nên 1 hoặc 1 và cặp NST không thể phân li trong quá trình giảm phân tạo thành giao tử bất thường, giao tử này kết hợp với các giao tử bình thường hoặc không bình thường khác trong thụ tinh tạo thành đột biến dị bội.

– Trong nguyên phân: Sự không phân li của một hoặc vài cặp ở tế bào sinh dưỡng làm cho một phần cơ thể mang đột biến lệch bội và hình thành thể khảm.

3. Hậu quả:

Mất cân bằng toàn bộ hệ gen ,thường giảm sức sống, giảm khả năng sinh sản hoặc chết

4. Ý nghĩa:

– Cung cấp nguyên liệu cho tiến hoá.

– Sử dụng lệch bội để xác định vị trí của gen trên NST.

II. ĐỘT BIẾN ĐA BỘI

1. Thể tự đa bội:

a. Khái niệm:

– Đột biến đa bội là dạng đột biến làm tăng một số nguyên lần bộ nhiễm sắc thể đơn bội của loài và lớn hơn 2n.

b. Phân loại:

– Đa bội lẻ: 3n, 5n, 7n…

– Đa bội chẳn: 4n, 6n,8n…

c. Cơ chế phát sinh:

– Thể tam bội: sự kết hợp của giao tử n và giao tử 2n trong thụ tinh.

– Thể tứ bội: sự kết hợp giữa 2 giao tử 2n hoặc cả bộ NST không phân li trong lần nguyên phân đầu tiên của hợp tử.

d. Ví dụ:

Dưa hấu, nho…

2. Thể dị đa bội:

a. Khái niệm:

Dị đa bội là hiện tượng làm gia tăng số bộ NST đơn bội của hai loài khác nhau trong một tế bào.

b. Cơ chế phát sinh:

Phát sinh ở con lai khác loài (lai xa). Con lai tạo ra bất thụ, gây đột biến đa bội làm tăng gấp đôi số lượng cả 2 bộ NST cùa loài khác nhau sẽ tạo ra thể dị đa bội.

c. Ví dụ:

Thể dị đa bội (18R + 18B) do lai giữa cải củ ( 2n = 18R) và cải bắp (2n = 18B).

3. Hậu quả và vai trò đột biến đa bội:

– Tế bào to, cơ quan sinh dưỡng lớn, phát triển khoẻ, chống chịu tốt.

– Các thể tự đa bội lẻ không sinh giao tử bình thường.

– Khá phổ biến ở thực vật, ít gặp ở động vật.

– Đóng vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa vì góp phần hình thành nên loài mới, chủ yếu là các loài thực vật có hoa.

BÀI 5: NHIỄM SẮC THỂ VÀ ĐỘT BIẾN CẤU TRÚC NHIỄM SẮC THỂ

I. Hình thái và cấu trúc nhiễm sắc thể:

1. Hình thái nhiễm sắc thể:

a. Khái niệm:

NST là cấu trúc mang gen, bắt màu bởi thuốc nhuộm kiềm tính, chỉ quan sát được dưới kính hiển vi.

b. Đặc điểm:

– Ở sinh vật nhân chuẩn: Hình thái của nhiễm sắc thể được nhìn rõ nhất ở kì giữa của quá trình nguyên phân, khi nhiễm sắc thể đã xoắn và rút ngắn cực đại.

– Mỗi loài đều có bộ NST đặc trưng. Các loài khác nhau có thể có số lượng, hình thái, cấu trúc NST khác nhau.

– Ở phần lớn các loài sinh vật lưỡng bội, bộ NST trong tế bào thường tồn tại thành từng cặp tương đồng giống nhau về hình thái và kích thước cũng như trình tự các gen.

c. Cấu tạo – chức năng:

Mỗi NST có 3 bộ phận chủ yếu:

– Tâm động: là vị trí liên kết với thoi phân bào giúp NST có thể di chuyển về các cực của tế bào trong quá trình phân bào.

– Đầu mút: bảo vệ các NST, làm cho các NST không dính vào nhau.

– Trình tự khởi đầu nhân đôi DNA: những điểm tại đó ADN bắt đầu nhân đôi.

d. Phân loại:

– NST thường

– NST giới tính

2. Cấu trúc siêu hiển vi của nhiễm sắc thể:

a. Sinh vật nhân thực:

Thành phần : ADN và prôtêin histôn

* các mức cấu trúc:

+ sợi cơ bản (mức xoắn 1)

+ sợi chất nhiễm sắc (mức xoắn 2)

+ crômatit (mức xoắn 3)

b. Sinh vật nhân sơ:

Mỗi tế bào chứa 1 phân tử ADN mạch kép có dạng vòng và chưa có cấu trúc NST như ở tế bào nhân thực.

II. Đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể:

1. Khái niệm đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể:

Là những biến đổi trong cấu trúc của NST, có thể làm thay đổi hình dạng và cấu trúc NST.

2. Các dạng đột biến:

a. Mất đoạn:

•  Khái niệm:

Mất đi một đoạn nào đó của NST, làm giảm số lượng gen trên đó.

•  Hậu quả:

Thường gây chết, mất đoạn nhỏ không ảnh hưởng.

•  Ví dụ:

Mất một phần vai ngắn NST 5 gây hội chứng tiếng mèo kêu.

b. Lặp đoạn:

•  Khái niệm:

Một đoạn NST bị lặp lại 1 lần hay nhiều lần làm tăng số lượng gen trên đó.

•  Hậu quả:

Làm tăng hoặc giảm cường độ biểu hiện của tính trạng.

• Ví dụ:

Lặp đoạn ở ruồi giấm gây hiện tượng mắt lồi , mắt dẹt.

c. Đột biến đảo đoạn:

•  Khái niệm:

Một đoạn NST bị đứt ra rồi quay ngược 180⁰ làm thay đổi trình tự gen trên đó.

•  Hậu quả:

Có thể ảnh hưởng hoặc không ảnh hưởng đến sức sống.

• Ví dụ:

Ở ruồi giấm thấy có 12 dạng đảo đoạn liên quan đến khả năng thích ứng nhiệt độ khác nhau của môi trường.

d. Đột biến chuyển đoạn:

• Khái niệm:

Là sự trao đổi đoạn giữa các NST không tương đồng, một số gen trong nhóm liên kết này chuyển sang nhóm liên kết khác.

• Hậu quả:

•      Chuyển đoạn lớn thường gây chết hoặc mất khả năng sinh sản. đôi khi có sự hợp nhất các NST làm giảm số lượng NST của loài, là cơ chế quan trọng hình thành loài mới

•       Chuyển đoạn nhỏ không ảnh hưởng gì.

• Ví dụ:

Ở người, đột biến chuyển đoạn không cân giữa NST 22 và 9 tạo nên NST 22 ngắn hơn bình thường gây nên bệnh ung thư máu ác tính.

BÀI 4: ĐỘT BIẾN GEN

I. Khái niệm và các dạng đột biến gen:

1. Đột biến gen:

a. Khái niệm:

– Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc gen.

*Đột biến điểm: là những biến đổi liên quan đến 1 cặp nuclêôtit trong gen.

b. Đặc điểm của đột biến gen:

– Làm thay đổi trình tự nuclêôtit

– Tất cả các gen đều có thể bị đột biến nhưng với tần số rất thấp ( 10^-6 – 10^-4)

– Đột biến gen có thể xảy ra trong tế bào sinh dưỡng và tế bào sinh dục

– Cá thể mang gen đột biến gọi là thể đột biến.

2. Các dạng đột biến gen:

a. Đột biến thay thế một cặp nuclêôtit:

–  Khái niệm: là đột biến làm thay thế một cặp nuclêôtit này thành cặp nuclêôtit khác trong gen.

– Ví dụ: Bệnh hồng cầu hình lưỡi liềm gây thiếu máu do đột biến gen thay thế cặp A–T thành cặp T – A.

– Hậu quả: làm thay đổi trình tự axit amin trong prôtêin và làm thay đổi chức năng của prôtêin.

b. Đột biến thêm hoặc mất một cặp nuclêôtit:

– Khái niệm: là đột biến làm thêm hoặc mất một cặp nuclêôtit trong gen.

– Hậu quả: mã di truyền bị đọc sai kể từ vị trí xảy ra đột biến dẫn đến làm thay đổi trình tự axit amin trong chuỗi pôlipeptit và làm thay đổi chức năng của prôtêin.

 II. Nguyên nhân và cơ chế phát sinh đột biến gen:

1. Nguyên nhân:

– Bên ngoài: tác nhân vật lí, hóa học, sinh học ở ngoại cảnh ( tia phóng xạ, tia tử ngoại, sốc nhiệt, các hóa chất, các loại virus..)

– Bên trong: rối loạn sinh lí, hóa sinh của tế bào.

2. Cơ chế phát sinh đột biến gen:

a. Sự kết cặp không đúng trong nhân đôi ADN:

Cơ chế: bazơ nitơ thuộc dạng hiếm, có những vị trí liên kết hiđrô bị thay đổi khiến chúng kết cặp không đúng trong quá trình nhân đôi dẫn đến phát sinh đột biến gen.

b. Tác động của các tác nhân gây đột biến:

–  Tác nhân vật lí (tia tử ngoại): có thể làm cho hai bazơ timin trên cùng một mạch ADN liên kết với nhau →phát sinh đột biến gen.

–  Tác nhân hoá học:

ví dụ: 5-brôm uraxin (5BU) là chất đồng đẳng của timin gây thay thế A-T bằng G-X.

– Tác nhân sinh học: do một số virus cũng gây đột biến gen như virut viêm gan B, virut hecpet…

III. Hậu quả và ý nghĩa của đột biến gen:

1. Hậu quả của đột biến gen:

– Đa số có hại, giảm sức sống, gen đột biến làm rối loạn quá trình sinh tổng hợp prôtêin.

– Một số có lợi hoặc trung tính.

2. Vai trò và ý nghĩa của đột biến gen:

a. Đối với tiến hóa:

– Làm xuất hiện alen mới.

– Cung cấp nguyên liệu di truyền cho tiến hoá.

b. Đối với thực tiễn:

-Cung cấp nguyên liệu cho quá trình chọn giống, tạo ra các giống mới.

BÀi 3: ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CỦA GEN

I. Khái quát về điều hòa hoạt động của gen:

1. Khái niệm điều hòa hoạt động gen:

Điều hòa hoạt động của gen là điều hòa lượng sản phẩm của gen được tạo ra.

Ví dụ: Ở động vật có vú các gen tổng hợp các prôtêin có trong sữa chỉ hoạt động ở cá thể cái và vào thời điểm con mẹ sắp sinh và nuôi con bằng sữa.

2. Các mức độ điều hòa hoạt động gen

• Đối với sinh vật nhân sơ: chủ yếu ở mức phiên mã.

• Đối với sinh vật nhân thực: Phiên mã, dịch mã, sau dịch mã.

II. Điều hòa hoạt động của gen ở sinh vật nhân sơ:

1. Khái niệm opêron:

Opêron là các gen cấu trúc có liên quan về chức năng thường được phân bố liền nhau thành từng cụm và có chung một cơ chế điều hòa.

2. Các thành phần cơ bản của opêron:

– P (vùng khởi động của operon): chứa 1 trật tự nucleôtit đặc thù, giúp enzim RNA polimeraza nhận biết mạch mã gốc để tổng  hợp mARN, và là điểm khởi đầu quá trình phiên mã.

– O (vùng vận hành): là trình tự nulêôtit đặc biệt, tại đó prôtêin ức chế có thể liên kết làm ngăn cản sự phiên mã.

– Gen cấu trúc: tham gia tổng hợp mARN.

3.  Opêron Lac:

– P (vùng khởi động của opêron)

– O (vùng vận hành)

– Z, Y, A: Các gen cấu trúc quy định tổng hợp các enzim tham gia vào các phản ứng phân giải đường lactose có trong môi trường để cung cấp năng lượng cho tế bào.

4. Sự điều hòa hoạt động của opêron Lac:

1. a.  Khi môi trường không có lactôzơ:

Gen điều hòaàprôtêin ức chế gắn vào vùng vận hành àngăn cản phiên mã của các gen cấu trúc.

b.  Khi môi trường có lactôzơ:

Lactôzơ + prôtêin ức chế à thay đổi cấu hình prôtêin ức chế àkhông liên kết được với vùng vận hành àARN pôlimeraza liên kết với vùng khởi động àmARN (gen Z, Y, A)à enzym phân giải lactôzơ.

BÀI 2: PHIÊN MÃ VÀ DỊCH MÃ

I. Phiên mã

1. Khái niệm:

Phiên mã là quá trình tổng hợp ARN trên mạch khuôn ADN

2. Cơ chế phiên mã:

a. Thành phần tham gia:

–         ADN khuôn

–          Enzim phiên mã ARN pôlimeraza.

–         Các nuclêôtit tự do

–         ATP

b. Nguyên tắc:

– Bổ sung

– Chiều tổng hợp mARN là chiều 5’-3’.

c. Diễn biến:

Quá trình phiên mã được bắt đầu khi enzim ARN-pôlimeraza bám vào vùng khởi đầu của genà gen tháo xoắn và tách 2 mạch đơn, ARN-pôlimeraza di chuyển dọc theo mạch khuôn giúp cho các ribônucleôtit tự do trong môi trường nội bào liên kết với các nu trên mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A- U, G – X) tạo nên phân tử mARN theo chiều 5’- 3’

–  Đối với sinh vật nhân thực khi toàn bộ gen được phiên mã thì mARN sơ khai được cắt bỏ intron và nối các exon với nhau thành mARN trưởng thành.

3. Cấu trúc và chức năng của  các loại ARN:

Các loại ARN	Cấu trúc	Chức năng
mARN	– Gồm 1 mạch polynuclêôtit, mạch thẳng.- Đầu 5’ có trình tự nuclêôit đặc hiệu (không đuợc dịch mã) gần codon mở đầu để ribôxôm nhận biết và gắn vào.	Mang thông tin di truyền  cấu trúc chuỗi pôlypeptit.
tARN	– 3 thuỳ, thuỳ giữa mang anticôđon. Đầu 3’ mang a.a	Mang axit amin đến ribôxôm tham gia dịch mã.
rARN	1 mạch pôlynuclêôtit dạng mạch đơn hoặc quấn lại như tARN	Là thành phần cấu tạo ribôxôm.

II. Dịch mã

1. Khái niệm:

Dịch mã là quá trình tổng hợp chuỗi pôlipeptit.

2. Cơ chế:

a. Hoạt hóa axit amin:

Nhờ các enzim đặc hiệu và năng lượng ATP, các aa được hoạt hóa và gắn với tARN tương ứng tạo thành phức hợp aa-tARN.

b. Tổng hợp chuỗi pôlipeptit:

• Diễn biến: Gồm 3 giai đoạn

-Giai đoạn mở đầu:

tARN mang axit amin mở đầu mêtiônin gắn vào vị trí bộ 3 mở đầu, bộ 3 đối mã (UAX) trên tARN sẽ khớp với bộ 3 mở đầu (AUG) trên mARN theo NTBS.

-Giai đoạn kéo dài chuỗi pôlipeptit:

+ Tiếp theo, aa1-tARN gắn vào vị trí bên cạnh, bộ 3 đối mã của nó cũng khớp với bộ 3 của axit amin thứ nhất theo NTBS.
+ Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và aa1 (Met-aa1). Ribôsôme dịch chuyển đi 1 bộ 3 đồng thời tARN được giải phóng khỏi ribôsôme.
+ Tiếp theo aa2-tARN lại tiến vào ribôsôme, quá trình cũng diễn ra như đối với aa1.

– Giai đoạn kết thúc chuỗi pôlipeptit:

+ Quá trình dịch mã cứ tiếp tục diễn ra cho đến khi gặp 1 trong 3 bộ 3 kết thúc (UAA, UAG, UGA) thì quá trình dừng lại. Ribôsôme tách khỏi mARN, giải phóng chuỗi pôlipeptit. Sau đó Met cũng được tách khỏi chuỗi pôlipeptit, chuỗi pôlipeptit hoàn chỉnh được hình thành.

*Axit amin mở đầu ở sinh vật nhân sơ là fMet, ở sinh vật nhân thực là Met.

* Pôliribôxôm:

– Khái niệm: Trên mỗi phân tử mARN, thường có nhiều ribôxôm hoạt động cùng lúc tạo thành pôliribôxôm.

– Ý nghĩa: Mỗi phân tử mARN có thể tổng hợp nhiều chuỗi pôlipeptit cùng lúc.

III. Mối liên hệ giữa ADN-mARN-prôtêin-tính trạng:

– Thông tin di truyền trong ADN của mỗi tế bào được truyền đạt cho thế hệ tế bào con thông qua cơ chế nhân đôi.

– Thông tin di truyền trong ADN được biểu hiện thành đặc điểm bên ngoài của cơ thể ( tính trạng) thông qua các cơ chế phiên mã và dịch mã.