I. Phiên mã
1. Khái niệm phiêm mã -Phiên mã là quá trình tổng hợp phân tử ARN trên mạch mã gốc của ADN [gen] theo nguyên tắc bổ sung [A-U; G-X]. -Trên phân tử ADN chỉ có 1 mạch được dùng làm mạch khuôn [mạch mã gốc] để tổng hợp nên phân tử ARN.
2. Cấu trúc và chức năng của các loại ARN
a. mARN[ARN thông tin] -Cấu tạo: +Có cấu tạo mạch đơn-thẳng, trên nó chứa bộ ba mã sao [cođon]. +Ở đầu 5’, Chứa trình tự nu đặc hiệu [không được dịch mã] nằm gần côđon mở đầu để riboxôm nhận biết và gắn vào. -Chức năng: Mang thông tin di truyền từ trong nhân ra ngoài bào tương, tham gia dịch mã tạo protein, bị các enzim phân huỷ sau khi tổng hợp một số protêin.
b. tARN[ARN vận chuyển]
-Cấu tạo: +Trên phân tử tARN có một bộ ba đối đặc hiệu [anticôđon] để khớp với bộ ba mã sao [côđon] tương ứng trên mARN khi dịch mã tạo prôtêin. +Một đầu của tARN gắn với axít amin mà nó vận chuyển còn một đầu tự do. -Chức năng: tARN vận chuyển axit amin đến ribôxôm để dịch mã.c. rARN [ARN ribôxom]
-Chức năng rARN: Tham gia cấu tạo Ribôxôm Cấu tạo Ribôxôm: Gồm hai tiểu đơn vị tồn tại riêng rẽ trong tế bào chất, khi tổng hợp prôtêin chúng [hai tiểu phần] mới liên kết với nhau thành ribôxôm hoạt động. Chức năng riboxom: Giữ vai trò chính trong quá trình tổng hợp protein.3. Cơ chế phiên mã
[Video về quá trình phiên mã: Quá trình trọng tâm từ 0phút40s đến 1phút40 của video]]
Quá trình phiên mã [tổng hợp mARN] -Enzim ARN pôlimeraza bám vào vùng điều hoà làm gen tháo xoắn để lộ ra mạch gốc có chiều 3’→5’ và bắt đầu tổng hợp mARN tại vị trí đặc hiệu [khởi đầu phiêm mã]. -ARN pôlimeraza trượt dọc theo mạch mã gốc trên gen có chiều 3’→5’ để tổng hợp nên phân tử mARN theo nguyên tắc bổ sung [A bắt đôi với U, T bắt đôi với A, G bắt đôi với X và ngược lại] theo chiều 5’→3’. -Khi enzim di chuyển tới cuối gen, gặp tín hiệu kết thúc thì nó dừng phiên mã và phân tử mARN vừa được tổng hợp giải phóng. -Vùng nào trên gen vừa phiên mã xong thì hai mạch đơn đóng xoắn ngay lại. -Ở tế bào nhân sơ, mARN sau phiên mã được trực tiếp dùng làm khuôn để tổng hợp nên phân tử prôtêin. -Ở tế bào nhân thực, mARN sau phiên mã phải được cắt bỏ các intron, nối các exon lại với nhau thành mARN trưởng thành rồi đi qua màng nhân ra ngoài tế bào chất làm khuôn tổng hợp prôtêin.
II. Dịch mã
[Video dịch mã tổng hợp protein: Quá trình trọng tâm từ 00phút00s đến 01phút50s của video]
1. Khái niệm: Dịch mã là quá trình tổng hợp prôtêin.
2. Các giai đoạn dịch mã
a. Hoạt hoá axit amin Trong tế bào chất, nhờ các enzim đặc hiệu và năng lượng ATP, mỗi axit amin được hoạt hoá và gắn với tARN tương ứng tạo nên phức hợp axit amin-tARN [aa-tARN]
b. Tổng hợp chuỗi pôlipeptit
Quá trình tổng hợp chuỗi pôlipeptit gồm các bước sau-Mở đầu:
+Tiểu đơn vị bé của ribôxôm gắn với mARN ở vị trí nhận biết đặc hiệu nằm gần côđon mở đầu. +Bộ ba đối mã của phức hợp mở đầu Met-tARN [UAX] bổ sung chính xác với côđon mở đầu [AUG] trên mARN +Tiểu đơn vị lớn của ribôxôm kết hợp tạo ribôxôm hoàn chỉnh sẵn sàng tổng hợp chuỗi pôlipeptit.-Kéo dài chuỗi pôlipeptit
+Côđon thứ 2 trên mARN [GAA] gắn bổ sung với anticôđon của phức hợp Glu-tARN [XUU] +Ribôxôm giữ vai trò như một khung đỡ mARN và phức hợp aa-tARN với nhau, đến khi 2 axit amin Met và Glu tạo nên liên kết peptit giữa chúng. +Ribôxôm dịch đi một côđon trên mARN để đỡ phức hợp côđôn-anticôđon tiếp theo cho đến khi axit amin thứ ba [Arg] gắn với axit amin thứ 2 [Glu] bằng liên kết peptit. +Ribôxôm lại dịch chuyển đi một côđon trên mARN và cứ tiếp tục như vậy đến cuối mARN.-Kết thúc
+Khi ribôxôm tiếp xúc với mã kết thúc trên mARN [UAG] thì quá trình dịch mã hoàn tất. +Nhờ enzim đặc hiệu, axit amin mở đầu [Met] được cắt khỏi chuỗi pôlipeptit vừa tổng hợp. +Chuỗi pôlipeptit tiếp tục hình thành các cấu trúc bậc cao hơn, trở thành prôtêin có hoạt tính sinh học. +Trong quá trình dịch mã, mARN thường không gắn với từng ribôxôm riêng rẽ mà đồng thời gắn với một nhóm ribôxôm [gọi tắt là pôlixôm] giúp tăng hiệu suất tổng hợp prôtêin. +Cơ chế phân tử của hiện tượng di truyền [và ảnh hưởng của môi trường] được thể hiện theo sơ đồ sau
Chú ý: -Hiện tại Website đang trong giai đoạn chạy thử nghiệm [phát triển các chức năng mà chưa phát triển nội dung trên website]. Mong các bạn đồng nghiệp và các em học sinh khi truy cập vào website bình luận "tế nhị-lịch sự". -Mọi góp ý và phản ánh về nội dung[đặc biệt là bản quyền-lấy đáp án-bài giải chi tiết các câu luyện tập], báo lỗi bài đăng, … bạn đọc để lại tại phần bình luận hoặc liên hệ theo số số điện thoại[Zalo]: 0. 898. 707. 868
Trân trọng!
Phiên mã và dịch mã là một trong những nội dung quan trọng trong sinh học 12 cũng như xuất hiện trong đề thi THPTQG. Trong bài viết này, VUIHOC sẽ điểm qua các lý thuyết cần nắm như quá trình phiên mã dịch mã, mối quan hệ nhân đôi phiên mã dịch mã cũng như một số dạng bài tập trắc nghiệm.
-
Sự truyền thông tin di truyền từ phân tử ADN mạch kép sang phân tử ARN mạch đơn được gọi là quá trình phiên mã, hay còn gọi là sự tổng hợp ARN.
-
Ở sinh vật nhân thực, quá trình tổng hợp ARN diễn ra chủ yếu trong nhân tế bào, vào kì trung gian, giữa 2 lần phân bào, khi NST đang ở trạng thái dãn xoắn.
-
Ở sinh vật nhân sơ, do không có màng nhân nên phiên mã xảy ra ở tế bào chất.
-
Phiên mã tạo ra nhiều loại ARN khác nhau: mARN, tARN, rARN và cả các ARN kích thước nhỏ.
-
Mã di truyền chứa trong mARN được chuyển thành trình tự các axit amin trong chuỗi polipeptit của protein được gọi là quá trình dịch mã, hay còn gọi là sự tổng hợp protein.
-
Dịch mã là quá trình tiếp theo của phiên mã.
Các thành phần tối thiểu cần cho quá trình phiên mã gồm:
-
ADN khuôn.
-
Ribonucleotit tự do: A, U, G, X.
-
Enzim ARN polimeraza.
b] Diễn biến quá trình phiên mã
Quá trình phiên mã gồm có 3 giai đoạn là khởi đầu, kéo dài và kết thúc.
-
Bước 1: Khởi đầu phiên mã
Ban đầu, ADN được cuộn xoắn và liên kết với protein. Khi có tín hiệu phiên mã, đoạn ADN đó dãn xoắn làm lộ ra vùng điều hòa.
ARN pol nhận biết mạch gốc và bám vào, trượt dọc ADN theo chiều 3’ - 5’. Điểm khởi đầu phiên mã được nhận biết nhờ yếu tố sigma.
-
Bước 2: Kéo dài chuỗi ARN
Khi ARN bắt đầu được tổng hợp, yếu tố sigma tách ra khỏi phức hệ phiên mã.
Enzim ARN pol trượt dọc trên mạch khuôn ADN và trong quá trình đó, các Nucleotit trong môi trường lần lượt liên kết với các Nucleotit trên ADN theo nguyên tắc bổ sung: A gốc - U môi trường; T gốc - A môi trường; G gốc - X môi trường; X gốc - G môi trường.
ATP được sử dụng để cung cấp nguyên liệu giúp các Nu mới liên kết với nhau bằng liên kết photphodieste, hình thành một chuỗi poliribonucleotit liên tục có chiều 5’ - 3’.
Các đoạn mà ARN pol đã đi qua lập tức được đóng xoắn lại trở về ADN dạng kép như ban đầu.
Đây là giai đoạn lâu nhất của quá trình phiên mã.
-
Bước 3: Kết thúc phiên mã
Khi nhận biết được tín hiệu kết thúc phiên mã, ARN pol giải phóng khỏi ADN và liên kết trở lại với yếu tố sigma để tái sử dụng trong các lần phiên mã tiếp theo.
Hai mạch của gen liên kết trở lại với nhau.
→ Kết quả: Mỗi lần phiên mã tạo ra 1 phân tử ARN [mARN, tARN hoặc rARN] sẽ tham gia vào quá trình dịch mã tiếp theo.
Diễn biến quá trình phiên mã về cơ bản là giống nhau giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực, nhưng giữa chúng cũng có một số điểm khác biệt như:
- Sinh vật nhân sơ chỉ có 1 loại ARN pol; sinh vật nhân thực có nhiều loại ARN pol.
- Sinh vật nhân sơ, mARN sau khi phiên mã được sử dụng để dịch mã luôn, phiên mã dịch mã diễn ra đồng thời ở tế bào chất; sinh vật nhân thực, phân tử mARN sơ khai mới tạo ra cần trải qua quá trình biến đổi mARN [gắn mũ m7G, đuôi polyA, cắt intron nối exon] mới trở thành mARN trưởng thành ra ngoài tế bào chất và tiến hành dịch mã.
2.2. Cơ chế dịch mã
a] Thành phần tham gia dịch mã
-
mARN, tARN, riboxom
-
Enzim aminoacyl tRNA synthetase gắn amino acid với tRNA tương ứng.
-
Các axit amin tự do.
b] Diễn biến quá trình dịch mã
Dịch mã gồm 3 giai đoạn tương tự phiên mã là khởi đầu, kéo dài và kết thúc.
-
Tiểu đơn vị nhỏ của riboxom gắn vào mARN và trượt dọc tìm bộ 3 mở đầu 5’ - AUG 3’. tARN mang axit amin Met [ở sinh vật nhân thực] hoặc fMet [ở sinh vật nhân sơ] đến khớp với bộ 3 mở đầu theo nguyên tắc bổ sung.
-
Sau đó, tiểu đơn vị lớn liên kết với phức hệ hình thành riboxom hoàn chỉnh. Lúc này tARN-Met đang ở vị trí P của riboxom.
-
Trình tự các Nu trên mARN được mã hóa thành trình tự các Nu trên chuỗi polipeptit theo bảng mã di truyền sau:
+ tARN mang axit amin tiếp theo đi vào vị trí A của riboxom khớp bổ sung đối mã với codon tiếp theo trên mRNA. Enzim xúc tác hình thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và axit amin thứ hai.
+ Riboxom dịch chuyển đi một bộ ba trên mARN, tARN đã mất đi axit amin mở đầu dịch sang vị trí E và rời khỏi riboxom.
+ Sự dịch chuyển riboxom tiếp tục diễn ra và làm kéo dài chuỗi polipeptit.
+ Khi riboxom di chuyển đến 1 trong 3 codon kết thúc [5’ UAG 3’; 5’ UGA 3’; 5’ UAA 3’] không mã hóa axit amin mà chỉ mang tín hiệu kết thúc thì quá trình phiên mã dừng lại.
+ 2 tiểu phần của riboxom tách ra khỏi phức hệ, axit amin mở đầu được cắt bỏ hình thành cấu trúc chuỗi polipeptit bậc 1, hoàn tất quá trình dịch mã.
+ Poliriboxom: Nhiều riboxom cùng dịch mã cùng lúc trên 1 phân tử mARN làm tăng hiệu suất tổng hợp protein gọi là poliriboxom.
3. Sự giống nhau giữa phiên mã và dịch mã
-
Cả phiên mã dịch mã đều là quá trình biểu hiện gen.
-
Cả 2 quá trình đều liên quan đến ARN.
-
Đều cần có khuôn và tổng hợp dựa theo nguyên tắc bổ sung.
-
Đều bao gồm 3 giai đoạn như sau: khởi đầu, kéo dài & kết thúc.
4. Phiên mã và dịch mã khác nhau như thế nào?
| Phiên mã | Dịch mã |
| Phiên mã là bước đầu tiên của biểu hiện gen, thông tin di truyền được chuyển từ trình tự mạch khuôn trên ADN sang trình tự trên mARN | Dịch mã là bước thứ hai của biểu hiện gen, tạo ra protein có chức năng từ thông tin được mã hóa trên trình tự của mARN |
| Ở sinh vật nhân thực, phiên mã sẽ xảy ra ở trong nhân | Ở sinh vật nhân thực, dịch mã xảy ra trong tế bào chất |
| Phiên mã dùng khuôn là mạch ADN gốc của gen | Dịch mã dùng khuôn là mARN |
| Nguyên liệu chính của phiên mã là các ribonucleotit A, U, G, X | Nguyên liệu chính của dịch mã là 20 loại axit amin |
| Enzim tham gia chính là ARN polimeraza | Enzim aminoacyl tRNA synthetase gắn các axit amin với tARN tương ứng |
| Sản phẩm của phiên mã tạo ra phân tử mARN có trình tự bổ sung với ADN mạch gốc | Sản phẩm của dịch mã tạo ra chuỗi peptit |
| Phiên mã được điều hòa bởi sự cuộn xoắn NST, methyl hóa ADN,... vùng 3’ của gen có promoter hoặc thêm cả các trình tự tăng cường làm tăng biểu hiện gen | Dịch mã chủ yếu được điều hòa bằng sự gắn của 2 tiểu phần của riboxom. Nhiều loại độc tố cũng như thuốc có đích tác động là quá trình gắn riboxom và dịch mã này |
| Ở sinh vật nhân thực, mARN sơ khai sau khi được tổng hợp trải qua quá trình gắn mũ m7G, đuôi poliA và cắt bỏ các intron, nối các exon mới thành mARN trưởng thành và được tham gia dịch mã | Chuỗi peptit sau khi được tổng hợp được cắt bỏ axit amin mở đầu, gắn thêm các nhóm chức, biến đổi cấu hình và đi vào hoạt động |
5. Một số mối liên quan giữa nhân đôi, phiên mã và dịch mã
5.1. Mối quan hệ nhân đôi phiên mã và dịch mã
Nhân đôi, phiên mã, dịch mã là 3 giai đoạn của biểu hiện gen, trong đó:
-
Sản phẩm của quá trình trước là khuôn của quá trình sau nó. ADN nhân đôi dựa trên 2 mạch của phân tử ADN ban đầu. Mạch gốc ADN là khuôn để tổng hợp nên mARN trong quá trình phiên mã. mARN lại là khuôn để tổng hợp nên chuỗi polipeptit trong quá trình dịch mã.
-
Trình tự các Nu trên mạch khuôn ADN quy định trình tự các Nu các ADN con và trình tự mạch mARN. Trình các Nu trên mARN lại quy định trình tự các axit amin trong chuỗi polipeptit.
-
Nếu đột biến xảy ra trên ADN làm thay đổi trình tự các Nu có thể làm thay đổi cả trình tự Nu trên mARN và trình tự axit amin trên chuỗi polipeptit và ảnh hưởng đến hoạt tính protein.
5.2. Nguyên tắc chung của quá trình nhân đôi, phiên mã và dịch mã
Mỗi quá trình diễn ra đều tuân thủ theo một số quy tắc nhất định. Trong đó, quá trình nhân đôi ADN, phiên mã và dịch mã đều diễn ra theo nguyên tắc bổ sung giữa các Nucleotit: A liên kết với T hoặc U bằng 2 liên kết hidro, G liên kết với X bằng 3 liên kết hidro và ngược lại.
>> Xem thêm: Quá trình nhân đôi ADN diễn ra ở đâu?
6. Các dạng bài tập trắc nghiệm về phiên mã và dịch mã [có đáp án]
-
Tính số lượng Nu mỗi loại trên ARN.
-
Tính tỉ lệ Nu mỗi loại trên ARN.
-
Tính số lần phiên mã.
-
Tính số lượng axit amin trong chuỗi polipeptit.
Ví dụ 1: Một phân tử mARN được hình thành có hiệu số giữa các ribonucleotit là A - U = 450; X - U = 300. Trên mạch khuôn của gen mã hóa mARN này có T - X = 20%. Biết gen tổng hợp mARN dài 6120 Å. Số lượng Nu loại A của mARN là:
A. 540
B. 240
C. 690
D. 330
=> Đáp án đúng là C vì:
-
Số lượng Nu trên gen là: 6120/3.4 .2= 3600
-
Số lượng Nu trên mạch mARN là: 3600/2 = 1800
-
Ta có: T gốc - X gốc = 0.2 x 1800 ⇔ rA - rG = 3600 ⇔ rG = rA - 360
-
rA - rU = 450 ⇔ rU = rA - 450
-
rX - rU = 300 ⇔ rX = rU + 300 = rA - 450 + 300 = rA - 150
-
Mà rA + rU + rG + rX = 1800 ⇔ rA + rA - 450 + rA - 360 + rA - 150 = 1800
Vậy rA = 690 Nu
Ví dụ 2: Ở sinh vật nhân sơ, một gen cấu trúc có chiều dài 0.408 µm. Hỏi chuỗi polipeptit do gen này tổng hợp sẽ bao gồm bao nhiêu axit amin? Biết rằng quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra bình thường và không tính axit amin mở đầu.
A. 399
B. 398
C. 400
D. 798
=> Đáp án đúng là B vì:
-
Đổi 0.408 µm = 4080 Å
-
Số Nu trên mạch mARN là: 4080/3.4 = 1200
-
Cứ 3 Nu liền nhau trên mARN tạo thành 1 bộ ba và các bộ 3 không chồng lấn lên nhau nên ta có số bộ ba được tạo ra trên mARN là: 1200/3 = 400
-
Bộ ba kết thúc chỉ mang tín hiệu kết thúc mà không mã hóa cho axit amin nên số bộ ba mã hóa axit amin là: 400 - 1 = 399
-
Sau khi chuỗi polipeptit tổng hợp sau, axit amin mở đầu được cắt khỏi chuỗi nên số axit amin còn lại trong chuỗi polipeptit hoàn chỉnh là: 399 - 1 = 398
Các em có thể tải Sơ đồ tư duy tại đây: Sơ đồ tư duy phiên mã và dịch mã
Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến quá trình phiên mã và dịch mã. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình Sinh 12 và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc, chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để xem thêm các bài giảng phiên mã và dịch mã hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm bài giảng và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho kỳ thi THPT quốc gia sắp tới nhé!
>> Xem thêm: