I. PHIÊN MÃ
1. Khái niệm
- Là quá trình truyền thông tin di truyền từ ADN mạch kép sang ARN mạch đơn.
- Trong nhân tế bào gen mang mật mã di truyền nhưng lại nằm cố định trên NST không thể di chuyển được. Để giúp gen làm nhiệm vụ truyền thông tin và điều khiển quá trình dịch mã phải nhờ đến một cấu trúc khác đó là mARN – bản sao của gen.
- Sau khi mARN được tổng hợp xong sẽ di chuyển ra ngoài tế bào chất với vai trò là bản sao của gen để điều khiển quá trình dịch mã tổng hợp chuỗi pôlipeptit.
2. Cấu trúc và chức năng của các loại ARN
- ARN thông tin [mARN]: là phiên bản của gen, mang các bộ 3 mã sao, làm nhiệm vụ khuôn mẫu cho dịch mã ở ribôxôm.
- ARN vận chuyển [tARN]: có chức năng vận chuyển axit amin và mang bộ 3 đối mã tới ribôxôm để dịch mã. Trong tế bào có nhiều loại tARN khác nhau, mỗi loại tARN vận chuyển một loại axit amin tương ứng.
- ARN ribôxôm [rARN]: kết hợp với prôtêin tạo thành ribôxôm là nơi tổng hợp chuỗi pôlipeptit.
3. Cơ chế phiên mã
- Quá trình phiên mã được bắt đầu khi enzim ARN pôlimeraza bám vào vùng khởi đầu làm gen tháo xoắn và tách 2 mạch đơn, ARN pôlimeraza di chuyển dọc theo mạch khuôn giúp cho các ribônuclêôtit 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 êxôn với nhau thành mARN trưởng thành.
4. So sánh giữa tự nhân đôi ADN và phiên mã:
a] Khác nhau
- Tự nhân đôi ADN:
+ Chịu sự điều khiển của enzim ADN pôlimeraza.
+ Thực hiện trên cả 2 mạch [mạch gốc tổng hợp liên tục, mạch bổ sung tổng hợp gián đoạn].
+ 4 loại nu sử dụng từ môi trường là A, T, G, X.
+ Sản phẩm tạo thành là ADN mạch kép.
- Phiên mã:
+ Chịu sự điều khiển của enzim ARN pôlimeraza.
+ Chỉ thực hiện trên mạch gốc [vì ARN chỉ có 1 mạch đơn].
+ 4 loại nu sử dụng từ môi trường là A, U, G, X.
+ Sản phẩm tạo thành là ARN mạch đơn.
b] Giống nhau
- Khi thực hiện tự nhân đôi hoặc phiên mã thì NST chứa ADN phải ở trạng thái tháo xoắn.
- Đều được thực hiện theo nguyên tắc bổ sung và khuôn mẫu.
- Được thực hiện trong nhân tế bào với khuôn mẫu là ADN.
- Mạch mới luôn được tổng hợp theo chiều 5’ → 3’.
II. CƠ CHẾ DỊCH MÃ
1. Khái niệm
- Là quá trình chuyển mã di truyền chứa trong mARN thành trình tự các axit amin trong chuỗi pôlipeptit của prôtêin.
2. Diễn biến
a] Hoạt hóa axit amin [aa]
- Nhờ các enzim đặc hiệu và năng lượng ATP, các aa được hoạt hóa và gắn với tARN tạo nên phức hợp aa - tARN.
b] Tổng hợp chuỗi pôlipeptit
- Giai đoạn mở đầu:
+ tARN mang aa mở đầu tiến vào vị trí côđon mở đầu sao cho anticôđon trên tARN của nó khớp bổ sung với côđon mở đầu trên mARN.
- Giai đoạn kéo dài chuỗi pôlipeptit:
+ tARN mang aa thứ nhất đến côđon thứ nhất sao cho anticôđon của nó khớp bổ sung với côđon thứ nhất trên mARN. Enzim xúc tác tạo liên kết peptit giữa aa1 và aa mở đầu.
+ Ribôxôm dịch chuyển đi 1 bộ ba đồng thời tARN mang aa mở đầu rời khỏi ribôxôm.
+ tARN mang aa thứ hai đến côđon thứ hai sao cho anticôđon của nó khớp bổ sung với côđon thứ hai trên mARN. Enzim xúc tác tạo liên kết peptit giữa aa2 và aa1.
+ Sự dịch chuyển của ribôxôm lại tiếp tục theo từng bộ ba trên mARN.
- Giai đoạn kết thúc chuỗi pôlipeptit:
+ Quá trình dịch mã tiếp diễn cho đến khi ribôxôm gặp côđon kết thúc trên mARN thì quá trình dịch mã dừng lại.
+ Ribôxôm tách khỏi mARN và chuỗi pôlipeptit được giải phóng, aa mở đầu cũng rời khỏi chuỗi pôlipeptit để trở thành prôtêin hoàn chỉnh.
3. Pôliribôxôm [pôlixôm]
- Trên mỗi phân tử mARN thường có một số ribôxôm cùng hoạt động được gọi là pôliribôxôm. Như vậy, mỗi một phân tử mARN có thể tổng hợp được từ 1 đến nhiều chuỗi pôlipeptit cùng loại rồi tự hủy.
- Ribôxôm có tuổi thọ lâu hơn và đa năng hơn.
4. Mối liên hệ ADN - mARN - prôtêin - tính trạng:
- Cơ chế của hiện tượng di truyền ở cấp độ phân tử:
ADN → [Nhân đôi] ADN → [Phiên mã] mARN → [Dịch mã] 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 tính trạng của cơ thể thông qua các cơ chế phiên mã và dịch mã.
Page 2
SureLRN
Khái niệm về phiên mã
– Phiên mã là quá trình truyền thông tin di truyền trên mạch mã gốc của gen [ADN] sang mARN theo nguyên tắc bổ sung. Phiên mã là quá trình xảy ra trong nhân, vào kì trung gian của quá trình phân bào.
Là quá trình truyền thông tin di truyền trên mạch mã gốc của gen [ADN] sang mARN theo nguyên tắc bổ sung
Quá trình xảy ra trong nhân, vào kì trung gian của quá trình phân bào.
Những điểm giống nhau giữa phiên mã và dịch mã trong DNA?
- Phiên mã và dịch mã là hai bước của quá trình biểu hiện gen.
- Cả hai quá trình đều liên quan đến mRNA.
- Ngoài ra, cả hai quá trình đều cần thiết như nhau để tạo ra protein trong cơ thể sống.
- Bên cạnh đó, cả hai đều cần một khuôn mẫu để sản xuất sản phẩm.
- Hơn nữa, cả hai quá trình đều cần các khối xây dựng của mỗi đại phân tử.
Sự khác biệt giữa phiên mã và dịch mã trong DNA là gì?
Phiên mã là bước đầu tiên của biểu hiện gen sao chép thông tin di truyền được mã hóa trong mẫu DNA thành chuỗi mRNA trong khi dịch mã là bước thứ hai của biểu hiện gen tạo ra protein chức năng từ thông tin di truyền được mã hóa trong chuỗi mRNA. Vì vậy, đây là sự khác biệt chính giữa phiên mã và dịch mã trong DNA. Ở sinh vật nhân chuẩn, phiên mã xảy ra bên trong nhân trong khi dịch mã xảy ra trong tế bào chất tại ribosome. Tuy nhiên, ở sinh vật nhân sơ, cả phiên mã và dịch mã đều xảy ra trong tế bào chất. Do đó, đây cũng là một sự khác biệt đáng kể giữa phiên mã và dịch mã trong DNA.
Hơn nữa, một sự khác biệt nữa giữa phiên mã và dịch mã trong DNA là mẫu mà mỗi quá trình sử dụng. Phiên mã sử dụng mẫu DNA trong khi dịch thuật sử dụng mẫu mRNA. Bên cạnh đó, nguyên liệu chính của phiên mã là ribonucleotide trong khi nguyên liệu chính của dịch mã là axit amin. Do đó, chúng tôi coi đây cũng là một sự khác biệt giữa phiên mã và dịch mã trong DNA.
Infographic sau đây trình bày chi tiết hơn về sự khác biệt giữa phiên mã và dịch mã trong DNA một cách tương đối.
Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về các dạng bài tập liên quan nhé:
Dạng 1: Biết cấu trúc gen, xác định cấu trúc ARN hay ngược lại
Phương pháp giải
– Chỉ một trong hai mạch của gen được dùng làm mạch khuôn.
– Mạch khuôn có chiều 3’ – 5’.
– Nguyên tắc bổ sung của cơ chế sao mã là:
Mạch khuôn |
ARN |
|
| A | hợp với | Um |
| T | hợp với | Am |
| G | hợp với | Xm |
| X | hợp với | Gm |
– Do vậy, biết cấu trúc của gen, ta xác định được cấu trúc của ARN tương ứng và ngược lại.
Bài tậpvận dụng
1] Trình tự các cặp nuclêôtit trong một gen cấu trúc được bắt đầu như sau:
3’ TAX GTA XGT ATG XAT … 5’
5’ ATG XAT GXA TAX GTA … 3’
Hãy viết trình tự bắt đầu của các ribônuclêôtit trong phân tử ARN được tổng hợp từ gen trên.
2] Cho biết trình tự bắt đầu các ribônuclêôtit trong một phân tử ARN là:
5’ AUG XUA AGX GXA XG … 3’
Hãy đánh dấu chiều và viết trình tự bắt đầu của các cặp nuclêôtit trong gen đã tổng hợp phân tử ARN nổi trên.
Hướng dẫn giải
1] Trình tự các ribônuclêôtit trong ARN:
+ Trong hai mạch của gen, mạch có chiều 3’ – 5’ là mạch khuôn.
+ Các ribônuclêôtit tự do kết hợp với mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung sau:
Mạch khuôn |
ribônuclêôtit |
|
| A | bổ sung | U |
| T | bổ sung | A |
| G | bổ sung | X |
| X | bổ sung | G |
+ Do vậy, trình tự bắt đầu các ribônuclêôtit của ARN được tổng hợp từ gen ưên như sau:
Mạch khuôn: 3’ TAX GTA XGT ATG XAT … 5’
mARN: 5’ AUG XAU GXA UAX GUA … 3’
2] Đánh dấu chiều và trình tự các cặp nuclêôtit:
+ Ngược lại, khi biết trình tự các ribônuclêôtit ta suy ra trình tự các cặp nuclêôtit trong gen và chiều của các mạch như sau:
mARN: 5’AUG XUA AGX GXA XG … 3’
Mạch khuôn: 3’ TAX GAT TXG XGT GX … 5’
Mạch bổ sung: 5’ ATG XTA AGX GXA XG … 3’
Dạng 2: Tương quan về số nucleôtit, chiều dài, khối lượng của gen và ARN - Số liên kết hidro bị phá hủy, số liên kết hóa trị được hình thành
Phương pháp giải
* Đốì với gen không phân mảnh:
+ Gen có hai mạch, ARN có một mạch. Do vậy:
- Sốnuclêôtit của gen gấp đôi số ribônuclêôtit của ARN tương ứng: N = 2Nm
- Khối lượng của gen gấp đôi khối lượng ARN: Mgen = 2MARN
+ Chiều dài gen bằng chiều dài ARN do nó tổng hợp: Lgen =LARN
+ Trong quá trình phiên mã có sự phá hủy các liên kết hiđrô của gen và thành lập mới các liên kết hóa trị trong các mARN.
+ Gọi k: sốlần phiên mã của 1 gen.
H = 2A + 3G là số liên kết hiđrô của gen.
Y = N – 2 là sốliên kết hóa trị trong 2 mạch đơn. Ta có:
- Số liên kết hiđrô bị hủy qua k lần sao mã là: H.k
- Số liên kết hóa trị được hình thành qua k lần phiên mã là: Y/2.k
* Đối với gen phân mảnh: tùy đề cho về tỉ lệ giữa các đoạn êxôn và intron.
Bài tậpvận dụng
1] Gen phải dài bao nhiêu micrômet mới chứa đủ thông tin di truyền để tổng hợp một phân tử mARN có 270 ribônuclêôtit loại Ađênin, chiếm 20% tổng số ribônuclêôtit của toàn mạch?
2] Gen trên có khối lượng bao nhiêu đvC?
3] Biết gen có X chiếm 15% tổng số nuclêôtit, quá trình sao mã cần môi trường cung cấp số ribônuclêôtit tự do gấp 3 lần số nuclêôtit của gen. Xác định:
a] Tổng số liên kết hiđrô bị hủy qua quá trình.
b] Tổng sốliên kết hóa trị được hình thành.
Hướng dẫn giải
1] Chiều dài gen:
+ Số ribônuclêôtit của phân tử mARN:
[270 : 20] . 100 = 1350 ribônuclêôtit.
+ Chiều dài mARN cũng là chiều dài gen tổng hợp nó:
3,4.10-4= 0,459μm.
2] Khối lượng gen: 1350 . 2 . 300 = 81.104đvC.
3] Số liên kết hiđrô bị hủy và liên kết hóa trị được hình thành:
+ Sốnuclêôtit của gen: 1350 . 2 = 2700 nuclêôtit.
+ Sốnuclêôtit mỗi loại của gen:
A = T = 2700 . 15% = 405 nuclêôtit
G = X = [2700 : 2] – 405 = 945 nuclêôtit
+ Sốliên kết hiđrô của gen: 405 . 2 + 945 . 3 = 3645 liên kết.
+ Số liên kết hóa trị trong 1 phân tử mARN: 1350 – 2 = 1348 liên kết.
+ Số lần sao mã của gen: 3 . 2 = 6.
+ Sốliên kết hiđrô bị hủy qua 6 lần sao mã: 3645 . 6 = 21870 liên kết.
+ Sốliên kết hóa trị được hình thành: 1348 . 6 = 8088 liên kết.