Giáo trình Nucleic Acid part 9

III. Mã di truyềnGene (DNA) được cấu tạo từ bốn loại nucleotide, trong khi đó protein được cấu tạo bởi 20 loại amino acid. Vấn đề đặt ra là, các gene mã hóa cho các sản phẩm protein của chúng bằng cách nào? Bằng suy luận, ta có thể suy đoán rằng mỗi amino acid không thể được xác định bởi đơn vị mã gồm một, hai hoặc bốn nucleotide bởi một đằng còn chưa đủ và một đằng khác lại quá dư thừa. Có lẽ nó phải là một nhóm gồm ba nucleotide (43 = 64). ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Nucleic Acid part 9 132III. Mã di truyền Gene (DNA) được cấu tạo từ bốn loại nucleotide, trong khi đó proteinđược cấu tạo bởi 20 loại amino acid. Vấn đề đặt ra là, các gene mã hóacho các sản phẩm protein của chúng bằng cách nào? Bằng suy luận, ta có thể suy đoán rằng mỗi amino acid không thể đượcxác định bởi đơn vị mã gồm một, hai hoặc bốn nucleotide bởi một đằngcòn chưa đủ và một đằng khác lại quá dư thừa. Có lẽ nó phải là một nhómgồm ba nucleotide (43 = 64). Với 64 kiểu bộ ba hoá ra là đủ thừa để mãhoá cho 20 loại amino acid. Như thế, một amino acid được xác định bởitrung bình ba bộ ba khác nhau. Vậy phải chăng mã di tryền là mã bộ ba? Năm 1961, S.Brenner, F.Crick và L.Barnett đã phân tích chi tiết nhiềuthể đột biến của phage T4 nhận được bằng cách xử lý acridin, tác nhân gâycác đột biến mất hoặc thêm một cặp base, đã khẳng định mã di truyền là mãbộ ba (triplet code) đúng như dự đoán. Như vậy, đơn vị mã (coding unit)gồm ba nucleotide xác định một amino acid gọi là codon.1. Giải mã di truyền Việc tiếp theo là xác định xem mỗi amino acid cụ thể được mã hoá bởimột hoặc một số bộ ba nào. Cũng trong năm 1961, M.Nirenberg và H.Matthaei lần đầu tiên sử dụng mRNA nhân tạo có thành phần base biếttrước được tổng hợp bằng enzyme polynucleotide phosphorylase (doOchoa tìm ra năm 1959) và hệ thống tổng hợp là dịch chiết tế bào E. colibao gồm đầy đủ các yếu tố (ribosome, tRNA, amino acid, enzyme, ATP...)cần thiết cho tiến hành giải mã di truyền in vitro. Với mRNA chỉ chứatoàn U, poly(U), chuỗi polypeptide sinh ra chỉ chứa toàn phenylalanine(Phe). Điều đó chứng tỏ UUU là bộ ba mã hoá của Phe. Sau đó, Har Gobind Khorana đã tiến hành các thí nghiệm sử dụng cácmRNA tổng hợp có chứa hai, ba hoặc bốn nucleotide được kết nối theokiểu lặp lại để tiến hành giải mã. Ví dụ: (i) Với mRNA nhân tạo chứa haibase là poly(UC) hay UCUCUC..., sẽ chứa hai codon xen kẽ UCU vàCUC (chú ý rằng sự dịch mã in vitro khởi đầu tại vị trí ngẫu nhiên). Kếtquả là thu được một polypeptide gồm hai amino acid xen kẻ nhau là serinvà leucin, poly(Ser-Leu); (ii) Với mRNA tổng hợp gồm các bộ ba lặp lạisẽ được dịch thành các homopolypeptide. Ví dụ, poly(UUC) có thể đượcđọc là (UUC-UUC), hoặc (UCU-UCU), hoặc (CUU-CUU) tùy thuộc vàovị trí bắt đầu dịch mã. Và kết quả là có ba loại polypeptide được tổnghợp, poly(Phe) hoặc poly(Ser) hoặc poly(Leu) v.v. Từ các kết quả thu được bằng cách đó Khorana đã xác định đượcnghĩa của phần lớn các codon có thành phần base không đồng nhất, và 133việc giải toàn bộ hệ thống mã di truyền (genetic code) được hoàn tất vàotháng 6 năm 1966. Với công lao to lớn đó Khorana và Nirenberg được traogiải thưởng Nobel năm 1968. Từ đây cho phép xây dựng nên bảng mã ditruyền (Bảng 6.4) với các đặc tính được trình bày ở dưới đây. Bảng 6.4 Mã di truyền (cho các codon trên mRNA theo chiều 5→3) 3 5Hình 6.12 Các phân tử tRNA mang amino acid Ser (trái) và Tyr (phải) đọc mãtrên mRNA bằng cách khớp anticodon của chúng với codon của mRNA.2. Các đặc tính của mã di truyền - Mã di truyền là mã bộ ba (triplet code). Các bộ ba cuả mRNA gọi làcodon (mã) và bộ ba đặc trưng của tRNA có thể khớp với codon củamRNA theo nguyên tắc bổ sung gọi là anticodon (đối mã) (Hình 6.12). - Mã di truyền không gối lên nhau (non-overlapping). Mỗi codon là mộtđơn vị độc lập, và thông tin của mRNA được đọc lần lượt qua các codontheo chiều 5→3 bắt đầu từ codon khởi đầu. - Mã di truyền có tính liên tục, không bị ngắt quãng (unpunctuated). 134 - Mã di truyền có các codon khởi đầu (initiation) và kết thúc(termination) nằm ở hai đầu 5 và 3 của mRNA đóng vai trò là tín hiệu khởiđầu và kết thúc tổng hợp chuỗi polypeptide. - Mã di truyền có tính đơn trị, rõ ràng (unambigous). Mỗi codon xácđịnh một amino acid duy nhất, hoặc là tín hiệu xác định sự kết thúc dịch mã. - Mã di truyền có tính thoái hóa (degenerate). Với tất cả 61 codon cónghĩa (sense codon) trong khi chỉ có 20 loại amino acid, vì vậy mỗi aminoacid (hay tín hiệu kiểm soát dịch mã) có thể được xác định bởi nhiều hơnmột codon. Các codon cùng xác định một amino acid như thế gọi là cáccodon đồng nghĩa; chúng thường khác nhau ở base cuối và base 3 đó đượcgọi là base thoái hóa. Ví dụ, các amino acid Arg, Ser và Leu mỗi cái có tớisáu codon đồng nghĩa (xem Bảng 6.4). - Mã di truyền có tính phổ biến (universal), chung cho toàn bộ sinh giới.3. Những ngoại lệ so với mã di truyền phổ biến Bên cạnh tính phổ biến (universal) của hệ thống mã di truyền nói trên,các nghiên cứu gần đây cho thấy một vài chệch hướng mà hầu hết là xảyra trong các bộ gene ty thể (Bảng 6.5). Bảng 6.5 Các ngoại ...