Chương 6 Sinh tổng hợp RNA và Protein

Các quá trình tái bản DNA và phiên mã ngược ở bộ gene RNAcủa một số virus đã được xem xét ở chương trước. Trong chương này,chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu về protein và các quá trình biểu hiệngene nhằm hoàn tất những hiểu biết cơ bản về các nguyên lý di truyềnở cấp độ phân tử được nêu ra ở sơ đồ bên dưới, đó là: (i) sinh tổnghợp RNA hay phiên mã (transcription) và sơ lược về sửa đổi sauphiên mã; (ii) cấu trúc và chức năng của protein; (iii) bản chất của mãdi truyền; (iv)...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 6 Sinh tổng hợp RNA và Protein 117Chương 6 Sinh tổng hợp RNA và Protein Các quá trình tái bản DNA và phiên mã ngược ở bộ gene RNAcủa một số virus đã được xem xét ở chương trước. Trong chương này,chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu về protein và các quá trình biểu hiệngene nhằm hoàn tất những hiểu biết cơ bản về các nguyên lý di truyềnở cấp độ phân tử được nêu ra ở sơ đồ bên dưới, đó là: (i) sinh tổnghợp RNA hay phiên mã (transcription) và sơ lược về sửa đổi sauphiên mã; (ii) cấu trúc và chức năng của protein; (iii) bản chất của mãdi truyền; (iv) sinh tổng hợp protein hay dịch mã; và (v) sự điều hoà sinhtổng hợp protein ở vi khuẩn.I. Sinh tổng hợp RNA (Phiên mã)1. Đặc điểm chung của phiên mã Phiên mã (transcription) là quá trình tổng hợp các RNA khác nhau từthông tin di truyền chứa đựng trong DNA. Trừ các gene mã hóa proteintrong các operon ở vi khuẩn, nói chung, các RNA mới được tổng hợp chỉlà các bản sao sơ cấp (primary transcript) gọi là các pre-RNA. Các pre-RNA này phải trải qua một quá trình sửa đổi để trở thành các RNAtrưởng thành (mature) trước khi tham gia vào quá trình sinh tổng hợpprotein của tế bào.Hình 6.1 Sự tổng hợp RNA trên một sợi khuôn của gene (DNA) dưới tácdụng của RNA polymerase. 118 Quá trình phiên mã DNA các đặc điểm chung sau đây (hình 6.1). (i) Diễn ra dưới tác dụng của các enzyme RNA polymerase. (ii) Vùng DNA chứa gene được mở xoắn cục bộ, và chỉ một sợiđơn gọi là sợi có nghĩa (sense strand) được dùng làm khuôn(template) cho tổng hợp RNA. (iii) Phản ứng tổng hợp RNA diễn ra theo nguyên tắc bổ sung vàđược kéo dài theo chiều 5→3, ngược với chiều của sợi khuôn như sau: Sợi khuôn: 3-A-T-G-C-5 Sợi RNA: 5-U-A-C-G-3 (iv) Nguyên liệu cho tổng hợp là bốn loại ribonucleosidetriphosphate: ATP, UTP, GTP và CTP. (v) Sản phẩm của phiên mã là các RNA sợi đơn (single RNAs). (vi) Sự khởi đầu và kết thúc phiên mã phụ thuộc vào các tín hiệu điều hoà là các trình tự DNA đặc thù nằm trước và sau gene được phiên mã. (vii) Quá trình phiên mã có thể chia làm ba bước: Mở đầu (initiation)là sự tương tác giữa RNA polymerase với vùng promoter nhằm xácđịnh sợi khuôn của gene và tổng hợp vài nucleotide; Kéo dài(elongation) là giai đọan sinh trưởng tiếp tục của chuỗi RNA dọc theosợi khuôn cho đến cuối gene; và Kết thúc phiên mã (termination) đặctrưng bằng sự giải phóng sợi RNA và RNA polymerase ra khỏi khuônDNA.2. Các RNA polymerase ở prokaryote vàeukaryote Bảng 6.1 Các thành phần cấu trúc của RNA polymerase prokaryote Tiểu đơn vị Số lượng Vai trò chưa rõ α 2 hình thành liên kết phosphodiester β 1 β 1 bám khuôn DNA nhận biết promoter và xúc tiến khởi đầu phiên σ 1 mã α2ββσ ↔ α2ββ + σ Yếu tố sigma Holoenzyme Lõi enzyme Ở các prokaryote, đại diện là E. coli, RNA polymerase hoàn chỉnh(holoenzyme) là một protein nhiều tiểu đơn vị, gồm hai phần chính làyếu tố sigma (σ) và lõi enzyme. Yếu tố sigma (sigma factor) giúp choRNA polymerase nhận biết và bám chặt vào promoter để có thể bắtđầu phiên mã tại vị trí chính xác, và lõi enzyme (polymerase core) đóngvai trò chính 119trong tổng hợp sợi RNA. Tất cả các lớp RNA ở E. coli đều được phiênmã bởi chỉ một RNA polymerase (Bảng 6.1). Ở các eukaryote, có ba loại RNA poly merase I, II và III với sự phânbố và chức năng chuyên hóa khác nhau đối với bộ gene trong nhân, nhưsau: RNA polymerase I ở trong hạch nhân (nucleolus) phiên mã phức hợpgene rRNA cho sản phẩm gồm các rRNA 18S, 28S và 5,8S; RNApolymerase II có trong dịch nhân (nucleoplasm) phiên mã các gene mã hóaprotein cho sản phẩm là các hRNA - tiền chất của các mRNA và cả genecho các kiểu snRNA; RNA polymerase III có trong dịch nhân phiên mãcác gene tRNA, rRNA 5S, và cả snRNA U6. Ngoài ra, RNA poly merasety thể ở trong ty thể và chịu trách nhiệm tổng hợp tất cả các RNA của tythể (Bảng 6.2). Bảng 6.2 Các RNA polymerase của người Định khu Sản phẩm Polymerase hạch nhân RNA polymerase I các rRNA 18S, 28S và 5,8S dịch nhân RNA polymerase II các hnARNA/mRNA, các snRNA U1, U2, U3, U4, U5 dịch nhân RNA polymerase III các tRNA, RNA 5S, snRNA U6, RNA 7S (hay 7SL) RNA polymerase ty thể ty thể tất cả các RNA của ty thể Độ mẫn cảm của các RNA polymerase nhân với α- amanitin* (* Đây là một octapeptide vòng từ nấm độc Amanita phalloides) RNA polymerase I kháng -8 RNA polymerase II độ mẫn cảm cao (bám với K = 10 M) -6 RNA polymerase III độ mẫn cảm thấp (bám với K = 10 M)3. Cơ chế phiên mã ở prokaryote và eukaryote3.1. Các promoter ở các prokaryote và eukaryote Các vùng khởi động (promoter) nói chung nằm kề trước gene và cóchứa các đoạn trình tự đặc thù cho phép RNA polymerase nhận biết vàbám chặt vào để khởi đầu phiên mã tại vị trí chính xác trên sợi khuôncủa gene. Vấn đề này tương đối phức tạp ở các eukaryote, vì vậy ở đâyta chỉ xét các promoter của các gene mã hóa protein mà không đề cập các ...