Giáo trình Hóa Sinh học - Chương 12 Trao đổi Nucleic Acid

12.1. Sự phân giải nucleic acid

12.1.1. Thủy phân nucleic acid

Sự thủy phân nucleic acid thành mononucleotide được xúc tác bởi

các enzmie thủy phân tương ứng.

DNA nhờ desoxyribonuclease xúc tác biến đổi thành các

desoxyribonucleotide còn RNA do các ribonuclease xúc tác sẽ bị phân giải

thành các ribonucleotide.

pdf9 trang | Chia sẻ: gaobeo18 | Lượt xem: 969 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Giáo trình Hóa Sinh học - Chương 12 Trao đổi Nucleic Acid, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút TẢI VỀ ở trên
 đời sống cơ thể liên quan đến cơ chế di truyền. Đây là 
một quá trình phức tạp có sự tham gia của nhiều yếu tố và xảy ra nhiều 
hình thức. 
Có thể chia quá trình tái bản DNA thành 3 kiểu 
- Tái bản bảo thủ. Là quá trình tổng hợp DNA từ 1 phân tử DNA 
gốc tạo ra 2 phân tử DNA con, trong đó có 1 phân tử chính là phân tử 
DNA gốc còn 1 phân tử được tổng hợp mới hoàn toàn. 
 207 
- Tái bản gián đoạn. Là quá trình tổng hợp DNA từ 1 phân tử DNA 
gốc tạo ra 2 phân tử DNA con có các đoạn mới tổng hợp và các đoạn cũ 
của DNA gốc xen kẽ. 
Hai hình thức tái bản trên ít phổ biến. 
- Tái bản bán bảo thủ. Đây là hình thức tổng hợp DNA từ 1 phân tử 
DNA gốc tạo ra 2 phân tử DNA con, trong mỗi phân tử DNA con một 
chuỗi lấy từ DNA gốc và một chuỗi mới tổng hợp. Hình thức này đã được 
Meselson và Stahl phát hiện năm 1958 bằng thực nghiệm nuôi cấy E.coli. 
Trước hết E.coli được nuôi cấy trong môi trường chỉ chứa 15N (Nitơ nặng) 
nên DNA được tổng hợp nên chỉ chứa 15N sẽ tạo nên phân tử DNA có tỷ 
trọng cao hơn DNA thường. Sau đó chuyển E.coli vào môi trường chứa 
14N (Nitơ thường) và theo dõi, phân tích các thế hệ DNA mới được tạo ra 
bằng phương pháp li tâm phân đoạn với CSCl. Qua kết quả phân tích li 
tâm cho thấy ở thế hệ thứ nhất 100% phân tử DNA ở dạng lai, một chuỗi 
chứa 15N và 1 chuỗi chứa 14N. Ở thế hệ thứ 2 có 50% dạng lai và xuất hiện 
50% dạng 14N. Điều đó chứng tỏ cơ chế tái bản DNA là dạng bán bảo thủ. 
12.4.1. Các yếu tố tham gia tái bản DNA 
- DNA khuôn. Để tổng hợp phân tử DNA mới cần có phân tử DNA 
làm khuôn. DNA vừa làm chức năng khuôn vừa tham gia trong sản phẩm 
của quá trình tổng hợp. 
- Nguyên liệu. Để tổng hợp DNA mới cần có các nguyên liệu. 
Nguyên liệu là các desoxy Ribonucleotide Triphosphate (dATP, dGTP, 
dCTP, dTNP) dTMP vừa làm nguyên liệu vừa cung cấp năng lượng cho 
quá trình tổng hợp DNA mới. 
- Enzyme. Tham gia xúc tác quá trình tái bản DNA có nhiều loại 
enzyme 
+ DNA-polymerase, 
+ Topoisomerase, 
+ Helicase, 
+ DNA-ligase. 
- Protein. Có nhiều loại protein tham gia vào quá trình tái bản DNA 
với chức năng hỗ trợ, kích thích  
+ Protein bám sợi đơn SBS, 
+ Protein DnaA, 
+ Protein DnaB, 
+ Protein DnaG. 
 208 
12.4.2. Cơ chế tái bản DNA ở procariote 
12.4.2.1. Giai đoạn mở đầu 
- Protein DnaB làm nhiệm vụ mở xoắn DNA bằng cách phân hủy các 
liên kết hydrogen giữa 2 chuỗi, tách 2 chuỗi ra tạo nên chạc tái bản. 
- Protein SBS đến gắn vào chạc tái bản. 
- Primase xúc tác sự tạo RNA mỗi bổ sung vào chuỗi khuôn 3’-5’. 
12.4.2.2. Giai đoạn kéo dài 
* Tổng hợp chuỗi sớm 
- Trên chuỗi khuôn 3’-5’ sau khi tạo đoạn RNA mồi, các nucleotide 
tiếp tục đến gắn vào đầu 3’-OH của chuỗi theo nguyên tắc bổ sung với 
chuỗi làm khuôn nhờ enzyme DNA-polymerace III xúc tác. 
- Chuỗi sớm được tổng hợp liên tục, tháo xoắn đến đâu các 
nucleotide tự do trong môi trường tế bào tương ứng bổ sung với các 
nucleotide trên chuỗi khuôn lần lượt đến gắn vào đầu 3’-OH bằng cách tạo 
liên kết phosphodiester với nucleotide cuối cùng đầu 3’. Đồng thời 
pirophosphate được tách ra. 
* Tổng hợp chuỗi muộn 
Trên chuỗi khuôn 3’-5’ của DNA khuôn, chiều tháo xoắn và chiều 
tổng hợp ngược nhau nên quá trình tổng hợp không diễn ra liên tục mà tạo 
ra các đoạn okazaki ngược chiều với chiều phát triển của chạc tái bản. 
Mỗi đoạn okazaki có RNA mồi riêng được tổng hợp nhờ primase. 
Mồi được tổng hợp bỏ sung với chuỗi khuôn 5’-3’ và ngược chiều tháo 
xoắn. Quá trình tháo xoắn xảy ra được một đoạn khoảng 300 nucleotide 
mới tổng hợp RNA mồi theo chiều ngược lại. 
Xúc tác cho quá trình tổng hợp chuỗi muộn là phức hợp protein có 
tên là primosom. Primosom di chuyển trên chuỗi khuôn 5’-3’ và tiến hành 
tổng hợp đoạn RNA mồi nhờ primase sau đó tổng hợp tiếp đoạn DNA bổ 
sung vào chuỗi khuôn nhờ DNA-polymerase tạo nên đoạn Okazaki. 
Sau khi đoạn Okazaki hoàn chỉnh, RNA mồi được tách ra nhờ DNA-
polymerase I sau đó thay vào vị trí đoạn RNA mồi là đoạn DNA tương 
ứng. Sau cùng nhờ DNA-ligase nối 2 đoạn Okazaki lại với nhau. 
12.4.2.3. Giai đoạn kết thúc 
Quá trình kéo dài cứ tiếp diễn cho đến khi hết phân tử DNA khuôn. 
Kết quả từ 1 phân tử DNA khuôn tạo ra 2 phân tử DNA mới, trong mỗi 
phân tử DNA mới có 1 chuỗi mới được tổng hợp từ các nucleotide trong 
môi trường, còn một chuỗi là của DNA khuôn. 
 209 
12.4.3. Tái bản DNA ở Eucariote 
Ở Eucariote quá trình tái bản DNA cơ bản giống ở procariote nhưng 
cũng có một só đặc trưng riêng. 
- Trên một phân tử DNA khuôn quá trình tái bản xảy ra đồng thời ở 
nhiều điểm. 
- Vận tốc tái bản chậm hơn ở procariote 
+ Ở procariote vận tốc 500 nucleotide/S. 
+ Ở Eucariote vận tốc 50 nucleotide/S. 
- Một số enzyme khác ở procariote 
+ DNA polymerase α, 
+ DNA polymerase β, 
+ DNA polymerase γ, 
+ DNA polymerase δ. 
12.5. Tổng hợp RNA (sao mã) 
12.5.1. Các yếu tố tham gia tổng hợp RNA 
12.5.1.1. Khuôn 
Để tổng hợp RNA cần có khuôn. Khuôn có thể là DNA, cũng có thể 
là RNA. 
Ở phần lớn các sinh vật RNA được tổng hợp từ DNA, do DNA làm 
khuôn. Phân tử DNA làm khuôn chỉ sử dụng 1 đoạn, tương ứng 1 gen để 
tổng hợp nên 1 phân tử RNA. Như vậy từ 1 phân tử DNA có thể tổng hợp 
ra nhiều RNA. Đồng thời trên 2 chuỗi của DNA, chỉ sử dụng chuỗi 3’-5’ 
làm khuôn. 
12.5.1.2. Nguyên liệu 
Cùng như tổng hợp DNA, trong quá trình tổng hợp RNA cần các 
Ribonucleotide-Triphosphat làm nguyên liệu và nguồn năng lượng. 
12.5.1.3. Các enzim và protein 
* RNA-polymerase. Có 2 loại RNA-polymerase, một loại xúc tác 
quá trình tổng hợp RNA từ DNA một loại xúc tác quá trình tổng hợp RNA 
từ RNA. 
Ở procariote RNA-polymerase có cấu tạo phức tạp. Phân tử RNA-
polymerase gồm 5 tiểu đơn vị α, β, γ, ω, δ 
 210 
Tiểu đơn vị Số lượng M Chức năng 
α 2 40.000 Nhận biết vị trí mở đầu 
β 1 155.000 Tạo liên kết P-diester 
γ 1 165.000 Gắn DNA khuôn 
ω 1 95.000 Chưa rõ 
δ 1 95.000 Nhận biết chuỗi làm khuôn và 
điểm mở đầu 
* Yếu tố Rho (ρ): Rho là một loại protein tham gia vào quá trình kết 
thúc tổng hợp RNA. 
12.5.2. Cơ chế sao mã 
12.5.2.1. Giai đoạn mở đầu 
Bước vào giai đoạn mở đầu RNA-polymerase tách yếu tố ρ ra khỏi 
enzyme. 
Lõi enzyme tiến hành mở xoắn DNA. 
Yếu tố ρ nhận biết biết chuỗi làm khuôn và điểm mở đầu nhờ các tín 
hiệu trên promotor. 
Hai chuỗi DNA tách ra 1 đoạn 30 nucleotide tạo nên vùng sao mã. 
Chuỗi đơn của DNA (chuỗi 3’-5’) nhận 1 nucleotide gắn bổ sung 
vào nucleotide mở đầu trên DNA. Tiếp theo nucleotide thứ 2 đến gắn với 
nucleotide đầu bằng liên kết phosphodiester và tạo liên kết bổ sung với 
nucleotide trên chuỗi khuôn. Sau khi liên kết phosphodiester đầu tiên này 
được tạo ra, yếu tố ρ tách khỏi vùng sao mã và kết thúc giai đoạn mở đầu. 
12.5.2.2. Giai đoạn kéo dài chuỗi 
Nhờ lõi enzyme các nucleotide trong môi trường đến kéo dài chuỗi 
theo nguyên tắc bổ sung với các nucleotide trên chuỗi khuôn DNA. 
Quá trình kéo dài chuỗi xảy ra rất phức tạp gồm nhiều phản ứng liên 
hoàn tạo ra sự ổn định của vùng mở xoắn. Quá trình xảy ra theo trình tự sau: 
- Tháo xoắn trên DNA khuôn đầu 3’ chuỗi khuôn. 
- Kéo dài thêm 1 nucleotide trên chuỗi RNA. 
- Tháo xoắn kép lai DNA-RNA đầu 5’. 
- Đóng xoắn trên DNA khuôn đầu 5’. 
 211 
Quá trình cứ diễn ra theo chu kỳ nhờ lõi enzyme xúc tác cho đến khi 
gặp tín hiệu kết thúc. 
12.5.2.3. Giai đoạn kết thúc 
Có 2 kiểu kết thúc: kết thúc nhờ yếu tố Rho và kết thúc không nhờ 
yếu tố Rho. 
- Kết thúc nhờ yếu tố Rho: trên bề mặt của một số vị trí kết thúc có 
loại protein Rho. Rho di chuyển trên RNA mới được tổng hợp và đi tới 
vùng sao mã, ở đó Rho làm nhiệm vụ tách xoắn lai DNA-RNA, giải phóng 
RNA và kết thúc quá trình sao mã. 
- Kết thúc không cần yếu tố Rho: Trên RNA có 1 đoạn có cấu trúc 
ngược chiều (palindrome) khi sao mã tạo ra vùng palindrome, vùng này sẽ 
tạo liên kết kép hình thành cấu trúc cái kẹp tóc nên làm ngừng quá trình 
sao mã. 
12.5.3. Quá trình trưởng thành của RNA 
Phân tử RNA được sao từ DNA là proRNA. Từ proRNA phải qua 
quá trình biến đổi phúc tạp mới tạo RNAm. 
12.5.3.1. Gắn mũ vào đầu 5’ 
ProRNA chưa có mũ nên trước hết cần gắn thêm mũ vào đầu 5’ của 
Pro-RNA. Mũ được tổng hợp sẵn trong nhân. Mũ được gắn vào đầu 5’ 
bằng liên kết anhydric acid với nhóm Triphosphate của ProRNA chứ 
không gắn vào đầu 3’ như quá trình kéo dài chuỗi. 
12.5.3.2. Gắn đuôi vào đầu 3’ 
 Cũng như mũ, đuôi của RNAm không mã hóa trong gen mà được 
tổng hợp riêng trong nhân. ProRNA chưa có đuôi. Đuôi được nối vào với 
ProRNA ở đầu 3’ nhờ polyA-polymerase. 
12.5.3.3. Cắt bỏ các đoạn Intron trên proRNA. 
Trên Pro-RNA có các đoạn không mã hóa amin acid (Intron I) cho 
nên để tạo ra RNAm cần cắt bỏ các đoạn I và nối các đoạn mã hóa (Exon-
E) lại. 
Để tín hiệu di truyền được truyền đạt chính xác, sự cắt nối cần có độ 
chính xác cao vì chỉ cần cắt sai 1 nucleotide sẽ làm thay đổi toàn bộ các 
mã di truyền phía sau vị trí cắt. 
Giữa các đoạn E và I có các trình tự nucleotide đặc trưng giống nhau 
ở mọi pro-RNA. 
- Đầu 3’ của E ở phía trước luôn là AG, 
- Đầu 5’của E ở phía sau luôn là G, 
 212 
- Đầu 5’ của I luôn là GU, 
- Đầu 3’ của I luôn là G. 
Trong Intron có một đoạn có vai trò quan trọng trong cơ chế cắt nối 
của pro-RNA. Đó là vị trí tách nhánh. Qua vị trí này, dưới tác động của 
enzyme cắt. Các Intron bị cắt bỏ ra và các Intron nối lại với nhau. 
Kết quả của quá trình biến đổi trên tạo nên phân tử RNAm trưởng 
thành tham gia vào quá trình dịch mã. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Tài liệu tiếng Việt 
1. Trần Thị Ân (chủ biên). 1979. Hóa sinh đại cương (tập I, II). NxB KH&KT. 
Hà Nội. 
2. Phạm Thị Trân Châu, Trần Thị Áng. 2000. Hóa sinh học. Nxb Giáo dục. Hà 
Nội. 
3. Nguyễn Bá Lộc. 1997. Hóa sinh. Nxb Giáo dục. Hà Nội 
Tài liệu dịch 
1. Musil J.G., Kurz .K., Novakava .O. 1982 
Sinh hóa học hiện đại theo sơ đồ. Nxb Y học. Hà Nội. 
Tài liệu tiếng nước ngoài 
1. Farkas G. 1984. Növényi anyagcsereélettan. Akadémiai Kiadó Budapest. 
2. Lehninger A. L., 2004. Principle of Biochemistry, 4th Edition. W.H 
Freeman. 

File đính kèm:

  • pdftraodoinucleic.pdf
Bài giảng liên quan