Giáo trình CƠ SƠ VÀ PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC PHÂN TỬ - Chương 3

Chương 3: MỐI LIÊN HỆ GIỮA ADN, ARN, PROTEIN Tóm tắt: Thông tin cấu trúc của phân tử protein, tARN, rARN được mã hoá trong gene bằng trình tự các nucleotit. Trình tự nucleotit trong gene mã hoá cho chuỗi polipeptit đã được xác lập bằng thực nghiệm và thể hiện trong bảng mã di truyền. Mã di truyền là mã bộ ba nucleotit (codon), sự thay đổi trong codon có thể dẫn đến sự thay đổi trong chuỗi polipeptit và đột biến ở tính trạng. Những đặc điểm về cấu trúc vá chức năng của protein và mối liên hệ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình CƠ SƠ VÀ PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC PHÂN TỬ - Chương 3 Chương 3: MỐI LIÊN HỆ GIỮA ADN, ARN, PROTEIN Tóm tắt: Thông tin cấu trúc của phân tử protein, tARN, rARN được mã hoá trong gene bằng trình tự các nucleotit. Trình tự nucleotit trong gene mã hoá cho chuỗi polipeptit đã được xác lập bằng thực nghiệm và thể hiện trong bảng mã di truyền. Mã di truyền là mã bộ ba nucleotit (codon), sự thay đổi trong codon có thể dẫn đến sự thay đổi trong chuỗi polipeptit và đột biến ở tính trạng. Những đặc điểm về cấu trúc vá chức năng của protein và mối liên hệ giữa ADN, ARN, protein và sự điều hoà biểu hiện gene cũng là cơ sở quan trọng để xây dựng kĩ thuật biểu hiện gene. Nội dung của chương gồm 4 vấn đề cơ bản: (1). Thông tin sinh học và mật mã di truyền; (2). Protein; (3). Tổng hợp protein; (4). Điều hoà biểu hiện gene. §1. THÔNG TIN DI TRUYỀN VÀ MẬT MÃ DI TRUYỀN Thông tin quy định cấu trúc một loại protein, một loại tARN, rARN được gọi thông tin di truyền. Thông tin di truyền được chứa đựng và được mã hoá trong phân tử ADN bởi trình tự các nucleotit. Hiện tượng 3 nucleotit kế tiếp nhau trong gene quy định một axit amin trong chuỗi polipeptit được gọi là sự mã hoá bộ ba. Còn một bộ ba cụ thể xác định cho một axit amin cụ thể ( ví dụ: UGU: serine) được gọi là bộ ba mã hoá (codon - code). Phân tử tARN có một bộ ba bổ sung với bộ ba mã sao của mARN được gọi là bộ ba đối mã (anticodon) ADN chứa thông tin di truyền, đó là thông tin quy định cấu trúc một loại protein, rARN và tARN. Trình tự của các bazơ trong ADN quyết định trình tự của axit amin trên protein tương ứng. Phân tử ADN được cấu tạo từ 4 loại nucleotit, và protein lại được cấu tạo từ 20 loại axit amin, nếu, một nucleotit quy định 1 loại axit amin sẽ tạo ra 4 tổ hợp mã; còn hai nucleotit quy định 1 loại axit amin sẽ tạo ra 42 = 16 tổ hợp mã bộ 2, như vậy vẫn còn thiếu 4 loại axit amin chưa được xác định bởi các mã bộ hai. Và ba nucleotit quy định 1 loại axit amin sẽ tạo ra 43 = 64 tổ hợp mã bộ 3. Người ta đã chứng minh bằng thực nghiệm: mã di truyền là mã bộ ba. Đối tượng là gene rII ở phage T4. Trong thí nghiệm người ta tạo đột biến mất (-) và thêm (+) một cặp bazơ trên ADN → biến đổi ADN → thành phần axit amin của protein. Giả sử phân tử mARN chỉ có thành phần CAG và trong phân tử protein chỉ có một loại axit amin: 33 mARN CAG CAG CAG CAG CAG Protein a1 a1 a1 a1 a1 - Nếu đột biến làm mất C (-) ở vị trí mã số 2 trên mARN: mARN CAG AGC AGC AGC AGC protein a1 a2 a2 a2 a2 - Nếu đột biến (+) thêm G vào giữa bộ ba thứ 2: mARN CAG AGC GAG CAG CAG CAG protein a1 a2 a3 a1 a1 a1 Các số liệu thực nghiệm thu được trên thí nghiệm rII ở thực khuẩn T4 đã chứng tỏ lập luận trên là đúng. Vậy mã di truyền là mã bộ ba nucleotit. 1.1. Giải mã di truyền Năm 1961 M. Nirenberg sử dụng hệ thống vô bào để giải mã di truyền. Hệ thống vô bào được chiết từ E. coli có chứa ribosome, ARN, enzyme aminoacylsynthetase, mARN, các axit amin và một số phụ gia khác. Phản ứng diễn ra trong vài phút rồi dừng lại, nếu bổ sung thêm mARN thì việc tổng hợp lại tiếp diễn. Nếu mARN nhân tạo chỉ toàn uraxin thì chuỗi polipeptit được tổng hợp chỉ có loại axit phenylalanine, nếu mARN chỉ toàn adenine thì chuỗi polipeptit được tổng hợp chỉ có loại axit lisine; nếu mARN toàn cytosine thì chuỗi polipeptit được tổng hợp chỉ có loại axit proline. Từ đó có thể suy ra bộ ba UUU quy định axit amin phenylalanine; AAA : lisine; CCC : proline. Bằng phương pháp đó người ta đã tìm ra 61 bộ ba mã hoá. Ba bộ ba còn lại là UAA, UAG, UGA làm nhiệm vụ nhận biết tín hiệu kết thúc quá trình tổng hợp chuỗi polipeptit, còn gọi là bộ ba vô nghĩa (non sense) vì chúng không quy định axit amin. 1.2. Các đặc tính của mã Thông tin được đọc theo từng cụm ba nucleotit một cách liên tục không ngắt quãng. - Thông tin được đọc theo một chiều, bắt đầu từ một điểm xác định. - Mã di truyền mang tính phổ biến (umversal). - Mã di truyền mang tính thoái hoá (degenerate), trừ 2 ngoại lệ AUG và UGG. - Mã di truyền mang những bộ ba khởi đầu (AUG) ở đầu 5'. Các bộ ba kết thúc UAG, UAA, UGA. 34 Bảng mật mã di truyển (mã sao mARN) U C A G U UUU. Phe UCU Ser UAU Tir UGU Cys U UUC Phe. UCC Ser UAC Tir UGC Cys C UUA Leu UCA Ser UAA KT UGA KT A UUG Leu UCG Ser UAG KT UGG Trp G C CUU Leu CCU Pro CAU His U CGU Arg CUC Leu CCC Pro CAC His C ...