Bài giảng Sinh học phân tử - Chương VI: Cơ chế phiên mã (Tiếp theo)

Chương VI: cơ chế phiên mã (tiếp) Điều hòa phiên mã 2 Prokaryote Phiên mã RNA polymerase gắn vào promoter theo 2 bước • Bước 1: nhận biết và gắn một cách lỏng lẻo vào trình tự hộp -35 hình thành một phức hợp "đóng". • Bước 2: tiểu đơn vị  sigma của RNA polymerase bọc lấy trình tự 5’-TATAAT-3’ • trình tự hộp -10 sẽ tháo xoắn dần, tạo ra sợi đơn DNA “mở" dưới dạng tự do, làm khuôn để sinh tổng hợp RNA Giai đoạn khởi động • 3 Prokaryote Phiên mã Giai đoạn kéo dài • Khi RNA bắt đầu kéo dài từ điểm khởi đầu mạch khuôn được 8 nu thì tiểu cấu tử  của RNA polymerase tách khỏi phức hợp enzyme • RNA polymerase tháo xoắn liên tục phân tử DNA khuôn trên theo một chiều dài khoảng 17 nu • Sợi RNA mới sẽ tách dần khỏi mạch khuôn DNA trừ một đoạn khoảng 12 nu bắt đầu từ điểm tăng trưởng vẫn còn liên kết với DNA • Phần DNA bị tháo xoắn sau sẽ được RNA pol xoắn trở lại 5 Prokaryote Phiên mã Giai đoạn kết thúc • Khi RNA polymerase trượt qua hết trình tự kết thúc thì quá trình sinh tổng hợp mRNA bị ngừng. • Trình tự kết thúc: vùng giàu GC có thể tạo cấu trúc kẹp tóc. • Enzyme RNA polymerase nhả sợi DNA khuôn ra, Phân tử RNA được hình thành Quá trình xử lý từ tiền mARN thành mARN (chỉ xảy ra ở Eukaryote) - mRNA là RNA có thể sẵn sàng tiến hành dịch mã để tạo ra protein. mRNA chín được sinh ra từ tiền mRNA thông qua một số bước sau : 1. Cắt bỏ một số lượng lớn các đoạn intron của tiền mRNA tạo thành mRNA chỉ gồm các đoạn exon. 2. Gắn nhóm 7 methyl guanosine (mRNA cap) vào đầu 5’ của phần tử mRNA. 3. Gắn một trình tự dài khoảng 200 adenin nucleotit (poly A) vào đầu 3’ của phân tử mRNA, quá trình này được xúc tác bởi emzym poly A polymerase. Mỗi một gen khác nhau có thể trải qua một vài hoặc tất cả 4 bước trên. 1. Cắt bỏ một số lượng lớn các đoạn intron của tiền mRNA tạo thành mRNA chỉ gồm các đoạn exon. Ví dụ gen Dystrophin ở người: - Trình tự trên đoạn intron và exon trong quá trình cắt, ghép: • Trình tự GU: nằm ở đầu 3’ của extron và 5’ của intron, sẽ liên kết với trình tự AG • Trình tự AG: nằm ở đầu cuối 3’ của intron • Trình tự giữa: khoảng 30 Nu, thường nhiều pyrimidine Quá trình cắt intron, ghép exon trải qua 2 giai đoạn chính: - Bước 1 cắt tại vị trí đầu 5’ của intron (GU intron) và hình thành nên cầu nối liên kết phosphodiester giữa cacbon 5’ của G vị trí cắt và cacbon số 2’ của nu A thuộc hộp PyPyPuAPy gần đầu 3’ của intron. Bước này xẩy ra do một cơ quan tử có tên gọi là spliceosome tiến hành. - Bước 2 vị trí đầu 3’ của intron bị cắt tạo ra intron tự do hình thòng lọng. Cuối cùng 2 exon kết đính lại với nhau bằng liên kết 5’-3’ phosphodiester Spliceosome • Spliceosome là một cấu trúc phức giữa RNA và protein trong nhân, gồm 4 tiểu đơn vị, mỗi tiểu đơn vị chứa từ 1-2 ARN nhỏ, gọi là snRNA • Mỗi snRNA dài từ 100-300 riboNu Ngoài ra còn 2 kiểu cắt, ghép khác: • Những intron của tiền tRNA được cắt chính xác bởi enzym endonuclease và nối lại bởi hoạt tính của những enzym cắt và nối đặc thù • Intron của tiền mRNA nhân và tiền rRNA của Tetrachymena thermophila tự động cắt bỏ bởi phản ứng tự hoạt của chính phân tử RNA đó chứ không không cần hoạt tính enzym protein nào khác. 2. Gắn nhóm 7 methyl guanosine (mRNA cap) vào đầu 5’ của phần tử mRNA. ARN polymerase Gắn mũ 5’ cap bởi enzyme Methyl-tranferase Đuôi polyA Enzyme Ribonuclease nhận biết trình tự AAUAAA và cắt mARN cách 1 khoảng 11-30 riboNu tạo đầu 3’ tự do Enzyme polyA-polymerase thêm các riboNu loại A vào đầu 3’ 3. Gắn một trình tự dài khoảng 200 adenin nucleotit (poly A) vào đầu 3’ của phân tử mRNA, quá trình này được xúc tác bởi emzym poly A polymerase. Đặc điểm Prokaryote Eukaryote Số loại RNA polymerase tham gia Chỉ có một loại cho tất cả các gen Có 3 loại, loại I mã cho rRNA, II cho các mRNA và III cho các tRNA và các RNA nhỏ khác. Loại I nằm trong nhân, II và III nằm trong chất nhân nucleoplasm. Phiên mã và dịch mã Phiên và dịch mã cùng tiến hành Phiên mã xong rồi mới tiến hành dịch mã Phiên mã tạo mRNA Tạo ra mRNA chín ngay, không cần phải qua một giai đoạn biến đổi nào Phiên mã tạo ra tiền mRNA xảy ra ở trong nhân, biến đổi rồi cắt các intron đi để tạo ra mRNA, gồm các đoạn exon ghép nối lại, rồi đi ra ngoài tế bào chất. Cấu tạo của mRNA Không có cấu tạo phần đầu và đuôi đặc thù Đầu 5’ có đính cap 7 methyl Gppp, đầu này được thêm vào trong quá trình phiên mã. Đầu 3’ có gắn poly A được đính vào sau khi phiên mã. Riêng mRNA tạo protein histone thì không có đuôi poly A. Tổng hợp protein (dịch mã) Tiến hành ở tại tế bào chất cả hai quá trình phiên mã và dịch mã ra protein Phiên mã xảy ra ở trong nhân, dịch mã xẩy ra ở tế bào chất, do vậy mRNA chín phải chui qua lỗ nhân để ra tế bào chất. Quá trình khởi động phiên mã Đáp ứng tức thì với những điều kiện môi trường biến đổi (xem cơ chế điều hòa) Không đáp ứng kịp thời với yêu cấu ngoại cảnh thay đổi vì cấu tạo cơ thể là đa bào và cầu trúc phức tạp giữa proten histone với DNA. Một mRNA Chứa thông tin di truyền của nhiều gen, mã hóa cho nhiều chuỗi polypeptide nên gọi là polycistron Một mRNA mã hóa cho 1 chuỗi polypeptide, mỗi gen phiên mã một mRNA. So sánh phiên mã ở Prokaryote và Eukaryote