Giải Sinh Học 12 Bài 2: Phiên mã và dịch mã

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. 

Do gen 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.

Quá trình dịch mã có thể chia ra làm hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Hoạt hoá axit amin

- Dưới tác động của 1 số enzim, các a.a tự do trong môi trường nội bào được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất ATP:       a.a + ATP ⟶ a.a hoạt hoá

- Nhờ tác dụng của enzim đặc hiệu, a.a được hoạt hoá liên kết với tARN tương ứng ⟶ phức hợp a.a – tARN:    a.a hoạt hoá + tARN ⟶ Phức hợp a.a - tARN

Giai đoạn 2: Tổng hợp chuỗi pôlipeptit 

Quá trình tổng hợp chuỗi polipeptit diễn ra theo ba bước: 

Bước 1. Mở đầu

- Tiểu đơn vị bé của ribôxôm gắn với mARN ở vị trí nhận biết đặc hiệu (gần bộ ba mở đầu) và di chuyển đến bộ ba mở đầu (AUG). Ở sinh vật nhân thực bộ ba AUG mã hóa cho a.a Methionin còn ở sinh vật nhân sơ mã AUG mã hóa cho a.a foocmin Methionin.

- a.a mở đầu - tARN tiến vào bộ ba mở đầu (đối mã của nó – UAX- khớp với mã mở đầu – AUG – trên mARN theo nguyên tắc bổ sung), sau đó tiểu phần lớn gắn vào tạo ribôxôm hoàn chỉnh.

Bước 2. Kéo dài chuỗi polipeptit

- Phức hợp aa1 - tARN vào ribôxôm khớp bổ sung đối mã với côđon tiếp sau mã mở đầu trên mARN, 1 liên kết peptit được hình thành giữa aa mở đầu và aa1.

- Ribôxôm dịch chuyển qua côđon tiếp theo, tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm, phức hợp aa2 - tARN vào ribôxôm khớp bổ sung đối mã với côđon đó, 1 liên kết peptit nữa được hình thành giữa aa1 và aa2.

- Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho đến khi ribôxôm tiếp xúc với mã kết thúc (UGA, UAG hay UAA). 

Bước 3. Kết thúc

Khi ribôxôm chuyển dịch sang bộ ba kết thúc (UAA, UAG, UGA) thì quá trình dịch mã ngừng lại, 2 tiểu phần của ribôxôm tách nhau ra. Một enzim đặc hiệu loại bỏ axit amin mở đầu và giải phóng chuỗi pôlipeptit, quá trình dịch mã hoàn tất.

Kết quả: 

- Từ một phân tử mARN trưởng thành có 1 riboxom trượt qua sẽ tạo thành một chuỗi polipeptit cấu trúc bậc 1 hoàn chỉnh.

- Chuỗi polipeptit sau khi được tổng hợp thì tiếp tục biến đổi để hình thành các cấu trúc bậc 2, 3, 4 để thực hiện các chức năng sinh học.

Các pôlixôm cùng tổng hợp trên một phân tử mARN

Sau khi riboxom thứ nhất dịch chuyển được 1 đoạn thì riboxom thứ 2 liên kết vào mARN. Tiếp theo đó là ribôxôm thứ 3, 4 .... Như vậy, mỗi 1 phân tử mARN có thể tổng hợp từ 1 đến nhiều chuỗi pôlipeptit cùng loại trong một khoảng thời gian ngắn hơn. Các ribôxôm được sử dụng qua vài thế hệ tế bào và có thể tham gia vào tổng hợp bất cứ loại prôtêin nào.

3'  XGA GAA TTT XGA  5' (mạch mã gốc)

5'  GXT XTT AAA GXT  3'

a, Hãy xác định trình tự các axit amin trong chuỗi pôlipeptit được tổng hợp từ đoạn gen trên.

b, Một đoạn phân tử prôtêin có trình tự axit amin như sau: – lơxin – alanin – valin – lizin –. Hãy xác định trình tự các cặp nuclêôtit trong đoạn gen mang thông tin quy định cấu trúc đoạn prôtêin đó.

- Sử dụng nguyên tắc bổ sung A - U; G - X và ngược lại

- Sử dụng bảng mã di truyền trang 8 - SGK Sinh 12

a, mARN có: 5' GXU XUU AAA GXU 3'

Trình tự axit amin trong prôtêin: Ala – Leu – Lys – Ala

b, các bộ ba mã hóa các axit amin trên là

Vì có nhiều bộ ba cùng mã hóa một axit amin nên đây là một trường hợp.

Trình tự axit amin trong prôtêin: – lơxin – alanin – valin – lizin

mARN:  5' UUA GXU GUU AAA 3'

ADN:    3‘ AAT XGA XAA TTT 5‘ (mạch mã gốc)

            5‘ TTA GXT GTT AAA 3‘

Các prôtêin được tổng hợp trong tế bào nhân thực đều

A. bắt đầu bằng axit amin Met.

B. bắt đầu bằng axit amin foocmin mêtiônin.

C. Có Met ở vị trí đầu tiên bị cắt bởi enzim.

D. Cả A và C.

Axit amin đầu tiên trong các chuỗi polinucleotit ở sinh vật nhân thực đều là methionin (Met) và được cắt bỏ khi quá trình dịch mã hoàn thành để có chức năng sinh học

Chọn D

I. Phiên mã

1. Cấu trúc và chức năng của các loại ARN

* ARN thông tin (mARN)

- Cấu trúc: Mạch đơn thẳng, đầu 5’ có trình tự nu đặc hiệu nằm gần côđôn mở đầu để ribôxôm nhận biết và gắn vào.

- Chức năng: Dùng làm khuôn cho dịch mã.

* ARN vận chuyển (tARN)

- Cấu trúc: Mạch đơn, tự xoắn, có cấu trúc 3 thùy, đầu 3’ mang axit amin có 1 bộ ba đối mã đặc hiệu.

- Chức năng: Mang axit amin tới ribôxôm, tham gia dịch thông tin di truyền.

* ARN ribôxôm (rARN)

- Cấu trúc: Mạch đơn nhưng có nhiều vùng ribôxôm liên kết với nhau tạo thành vùng xoắn cục bộ.

- Chức năng: Kết hợp với prôtêin cấu tạo ribôxôm.

2. Cơ chế phiên mã

a. Khái niệm

- Phiên mã là quá trình tổng hợp ARN trên mạch khuôn ADN.

- Quá trình phiên mã diễn ra ở trong nhân tế bào, tại kì trung gian giữa 2 lần phân bào, lúc NST tháo xoắn.

b. Cơ chế phiên mã

* Tháo xoắn ADN: Enzim ARN pôlimeraza bám vào vùng khởi đầu làm gen tháo xoắn để lộ mạch khuôn 3’ -> 5’.

* Tổng hợp ARN:

+ Enzim ARN pôlimeraza trượt dọc mạch mã gốc 3’-5’ tổng hợp ARN theo nguyên tắc bổ sung (A-U, G-X, T-A, X-G) cho đến khi gặp tính hiệu kết thúc.

* Giai đoạn kết thúc: Phân tử mARN có chiều 5’-3’ được giải phóng. Sau đó 2 mạch của ADN liên kết lại với nhau.

II. Cơ chế dịch mã

1. Khái niệm.

- Dịch mã là quá trình tổng hợp prôtein

- Dịch mã là giai đoạn kế tiếp sau phiên mã, diễn ra ở tế bào chất.

2. Diễn biến của cơ chế dịch mã.

a. Hoạt hóa aa.

Sơ đồ hóa:

aa + ATP ---- enzim →aa-ATP (aa hoạt hóa)--------enzim →phức hợp aa -tARN.

b. Tổng hợp chuỗi pôlipeptit.

- Mở đầu

- Bước kéo dài chuỗi pôlipeptit

- Kết thúc

* Cơ chế phân tử của hiện tượng di truyền:

Sơ đồ tư duy phiên mã và dịch mã: