I. ARN
Cấu tạo hóa học của ARN
Tương tự như phân tử ADN thì ARN là đại phân tử cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là các ribônuclêôtit.
Mỗi đơn phân (ribônuclêôtit) gồm 3 thành phần:
ARN có cấu trúc chỉ gồm một chuỗi poliribônuclêôtit. Số ribônuclêôtit trong ARN bằng một nửa nuclêôtit trong phân tử ADN tổng hợp ra nó.
Phân loại: Có 3 loại ARN là mARN, tARN và rARN thực hiện các chức năng khác nhau.
II. Quá trình phiên mã
1. Khái niệm
Phiên mã là quá trình tổng hợp phân tử ARN từ mạch mã gôc của gen. Bản chất của quá trình phiên mã là truyền đạt thông tin trên mạch mã gốc sang phân tử ARN.
Quá trình này diễn ra trong nhân, ở kì trung gian của tế bào giữa 2 lần phân bào, lúc NST đang giãn xoắn.
2. Cơ chế phiên mã
2.1. Các thành phần tham gia vào quá trình phiên mã
+ Mạch mã gốc của gen mang thông tin tổng hợp phân tử ARN
+ Nguyên liệu để tổng hợp mạch là các ribonucleotit tự do trong môi trường (U, A,G,X)
+ ARN polimeaza nhận biết điểm khởi đầu phiên mã trên mạch mã gốc, bám vào và liên kết với mạch mã gốc, tháo xoắn phân tử ADN → lộ ra mạch mã gốc, tổng hợp nên mạch ARN mới.
2.2. Diễn biến
Quá trình phiên mã diễn ra theo các bước:
Bước 1. Khởi đầu:
Enzym 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.
Bước 2. Kéo dài chuỗi ARN:
Enzym ARN pôlimeraza trượt dọc theo mạch gốc trên gen có chiều 3’ → 5’ và gắn các nuclêôtit trong môi trường nội bào liên kết với các nuclêôtit trên mạch gốc theo nguyên tắc bổ sung: Agốc - Umôi trường, Tgốc - Amôi trường, Ggốc – Xmôi trường, Xgốc – Gmôi trường, để tổng hợp nên mARN theo chiều 5’ → 3’.
Vùng nào trên gen vừa phiên mã xong thì 2 mạch đơn của gen đóng xoắn ngay lại.
Bước 3. Kết thúc:
Khi enzym di chuyển đến cuối gen, gặp tín hiệu kết thúc thì quá trình phiên mã dừng lại, phân tử ARN được giải phóng.
Ở sinh vật nhân sơ có vùng mã hóa liên tục nên mARN sau phiên mã được dùng trực tiếp làm khuôn tổng hợp prôtêin.
Ở sinh vật nhân thực, do vùng mã hóa của gen không liên tục nên mARN sau phiên mã phải cắt bỏ các đoạn intron, nối các đoạn êxôn tạo mARN trưởng thành rồi đi qua màng nhân ra tế bào chất làm khuôn tổng hợp chuỗi polipeptit.
Kết quả: 1 lần phiên mã 1 gen tổng hợp nên 1 phân tử ARN, có trình tự giống với mARN bổ sung nhưng thay T bằng U.
Ý nghĩa: hình thành các loại ARN tham gia trực tiếp vào quá trình sinh tổng hợp prôtêin quy định tính trạng.
III. Phương pháp giải các dạng bài tập về quá trình phiên mã
1. Dạng 1: Biết trình tự gen, xác định trình tự ARN hay ngược lại
- Xác định được mạch khuôn: chỉ một trong hai mạch của gen được dùng làm mạch khuôn, đó là mạch có chiều 3’ → 5’.
- Nguyên tắc bổ sung của cơ chế sao mã là:
|
Mạch khuôn |
|
ARN |
|
A |
- |
Um |
|
T |
- |
Am |
|
G |
- |
Xm |
|
X |
- |
Gm |
- Do vậy, biết cấu trúc của gen, ta xác định được cấu trúc của ARN tương ứng và ngược lại.
2. Dạng 2: Liên hệ về số nuclêôtit, chiều dài của gen và ARN, số liên kết hiđrô bị phá hủy, số liên kết hóa trị được hình thành.
* Đốì với gen không phân mảnh:
Gen có hai mạch, ARN có một mạch. Do vậy:
Số nuclêôtit của gen gấp đôi số ribônuclêôtit của ARN tương ứng: Ngen = 2NmARN
+ Chiều dài gen bằng chiều dài ARN do nó tổng hợp: Lgen = LmARN
+ Về số lượng:
\[\begin{array}{l}A = T = rA + rU\\G = X = rG + rX\end{array}\]
+ Về tỉ lệ phần trăm (mỗi mạch đơn tính 100%).
\[\begin{array}{l}\% A = \% T = \frac{{\left( {\% rA + \% rU} \right)}}{2}\\\% G = \% X = \frac{{\left( {\% rG + \% rX} \right)}}{2}\end{array}\]
+ 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 là số lần phiên mã của 1 gen.
H = 2A + 3G là số liên kết hiđrô của gen.
Y = N - 2 là số liên kết hóa trị trong 2 mạch đơn.
Ta có:
$\text{Số liên kết hiđrô (H) bị hủy qua k lần sao mã}$ $=H.k$
$\text{Số liên kết hóa trị được hình thành qua k lần phiên mã} $ $=\frac{{k.Y}}{2} $
* Đối với gen phân mảnh: tùy đề cho về tỉ lệ giữa các đoạn êxôn và intron.
3. Dạng 3: Xác định số lần phiên mã của gen, số phân tử mARN tạo ra
Một gen phiên mã bao nhiêu lần sẽ tạo ra bấy nhiêu phân tử mARN giống nhau ở tế bào nhân sơ và mARN sơ khai ở tế bào nhân thực.
Tổng số ribônuclêôtit môi trường cung cấp cho k lần phiên mã là:
\[r{N_k} = rN.k = \frac{N}{2}.{\rm{ }}k\]
