Cứ 3 nuclêôtit cùng loại hay khác loại đứng kế tiếp nhau trên phân tử ADN mã hoá cho 1 axit amin hoặc làm nhiệm vụ kết thúc chuỗi polipeptit gọi là mã bộ ba.
2. Mã di truyền là mã bộ ba
- Nếu mỗi nuclêôtit mã hoá 1 axit amin thì 4 loại nuclêôtit chỉ mã hoá được 4 loại axit amin.
- Nếu cứ 2 nuclêôtit cùng loại hay khác loại mã hoá cho 1 axit amin thì chỉ tạo được 42 = 16 mã bộ ba không đủ để mã hoá cho 20 loại axit amin.
- Nếu theo nguyên tắc mã bộ ba sẽ tạo được 43 = 64 mã bộ ba đủ để mã hoá cho 20 loại axit amin.
-Nếu theo nguyên tắc mã bộ bốn sẽ tạo được 44 = 256 bộ mã hoá lại quá thừa. Vậy về mặt suy luận lý thuyết mã bộ ba là mã phù hợp.
-Hai mươi loại axit amin được mã hoá bới 61 bộ ba. Như vậy mỗi axit amin được mã hoá bởi 1 số bộ ba. Ví dụ, lizin ứng với 2 bộ ba AAA, AAG, một số axit amin được mã hoá bởi nhiều bộ ba như alanin ứng với 4 bộ ba, lơxin ứng với 6 bộ ba.
-Có 3 bộ ba (ATT, ATX, AXT trên ADN hay UAA UGA và UAG trên mARN) là mã kết thúc.
BẢNG MÃ DI TRUYỀN Bazơ thứ hai
Bazo thứ nhất
G A X U Bazo
thứ ba G
GGG Glixin GGA
GGX GGU
GAG A.glutamic GAA
GAX A. aspactic GAU
GXG : Alanin GXA
GXX GXU
GUG Valin GUA GUX GUU
G A X U A
AGG Acginin AGA
AGX Serin AGU
AAG Lizin AAA
AAX Asparagin AAU
AXG Treonin AXA
AXX AXU
AUG Metionin AUA Izolơxin AUX
AUU
G A X U X
XGG Acginin XGA
XGX XGU
XAG Glutamin XAA
XAX Histidin XAU
XXG Prolin XXA
XXX XXU
XUG Lơxin XUA
XUX XUU
G A X U
U
UGG Triptophan UGA (KT) UGX Xistein UGU
UAG (KT) UAA
UAX Tiroxin UAU
UXG Sêrin UXA UXX UXU
UUG Lơxin UUA
UUX
Pheninalanin UUU
G A X U 3. Những đặc điểm cơ bản của mã di truyền
- Mã di truyền được đọc theo một chiều 5’-3’ trên phân tử mARN.
- Mã di truyền được đọc liên tục theo từng cụm 3 nuclêôtit, các bộ ba không đọc gối lên nhau.
- Mã di truyền là đặc hiệu, không một bộ ba nào mã hoá đồng thời 2 hoặc một số axit amin khác nhau.
- Mã di truyền có tính thoái hoá có nghĩa là mỗi axit amin được mã hoá bới một số bộ ba khác loại trừ mentionin, triptophan chỉ được mã hoá bởi một bộ ba. Các bộ ba mã hoá cho cùng một axit amin chỉ khác nhau ở nuclêôtit thứ 3. Điều này có nghĩa giúp cho gen bảo đảm được thông tin di truyền và xác nhận trong bộ ba, 2 nuclêôtit đầu là quan trọng còn nuclêôtit thứ ba có thể linh hoạt. Nhưng cũng có thể gây nên sự lắp ráp nhầm các axit amin trong chuỗi polipeptit.
- Mã di truyền có tính phổ biến. Nghĩa là ở các loài sinh vật đều được mã hoá theo một nguyên tắc chung (các từ mã giống nhau). Điều này phản ánh nguồn gốc chung của các loài.
II. Quá trình dịch mã.
Ở sinh vật nhân thực, sau khi mARN được tổng hợp, hoàn thiện, nó sẽ rời khỏi nhân, ra ngoài tế bào chất, làm khuôn mẫu cho quá trình dịch mã.
Ở sinh vật nhân sơ, vì không có màng nhân, nên quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra gần như đồng thời.
Trong quá trình dịch mã, mARN liên kết với riboxom. Quá trình dịch mã được thực hiện theo 3 bước:
1. Hoạt hoá a.a:
Dưới tác dụng của enzim, và sử dụng năng lượng, 1 phân tử a.a sẽ liên kết với 1 phân tử tARN tại vị trí xác định, tạo thành phức hệ aa – tARN.
Ta coi rằng mỗi loại tARN chỉ liên kết với 1 loại a.a; nhưng mỗi loại a.a có thể liên kết với nhiều hơn 1 loại tARN (tính chất tương tự với mã bộ ba)
2) Dịch mã và hình thành chuỗi polipeptit
Tiểu phần bé của riboxom liên kết với mARN, sau đó phân tử tARN mang a.a mở đầu (Met ở nhân thực, f-Met ở nhân sơ) đến. Bộ ba đối mã trên phân tử tARN sẽ liên kết theo nguyên tắc bổ sung với bộ ba mã hoá trên phân tử mARN. Sau đó, tiểu phần lớn của riboxom sẽ liên kết, tạo thành phức hệ mARN-riboxom, bắt đầu quá trình dịch mã.
Quá trình này còn có sự tham gia của các yếu tố khác (If-I, If-II…) tARN mang a.a thứ nhất tới vị trí A (tARN mang Met ở vị trí P có sẵn), trong đó bộ ba đối mã của nó liên kết bổ sung với bộ ba mã hoá tiếp theo (sau vị trí mở đầu) trên mARN.
Enzim xúc tác hình thành liên kết peptit giữa a.a mở đầu và a.a thứ nhất. Tiếp đó, riboxom dịch chuyển 1 nấc trên mARN, khiến các tARN dịch chuyển 1 vị trí:
+ tARN mang a.a mở đầu vị trí E. Liên kết giữa tARN và a.a của nó bị phá vỡ, tARN rời khỏi riboxom.
+ tARN mang a.a thứ nhất vị trí P.
+ 1 tARN khác, mang a.a thứ 2 vào liên kết với bộ ba mã hoá kế tiếp trên mARN. Cứ như thế, liên kết peptit được hình thành giữa các a.a theo thứ tự nhất định. Quá trình tiếp tục cho tới khi gặp bộ ba kết thúc thì dừng lại.
3) Kết thúc quá trình
Khi Rbx tiếp xúc với mã kết thúc trên mARN (UAG ) thì quá trình hoàn tất. Các tiểu phần riboxom tách nhau và rời khỏi mARN, giải phóng chuỗi polipeptit mới được tổng hợp. Axit amin mở đầu (Met) rời khỏi chuỗi. Chuỗi polipeptit tiếp tục được hoàn thiện và tạo thành phân tử protein hoàn chỉnh.
ĐIỀU HOÀ HOẠT ĐỘNG GEN
1. Khái niệm: Điều hoà hoạt động của gen là điều hoà lượng sản phẩm của gen được tạo trong tế bào đảm bảo cho hoạt động sống của tế bào phù hợp với điều kiện môi trường cũng như sự phát triển bình thường của cơ thể.
Điều hòa hoạt động gen có thể ở mức độ phiên mã, dịch mã, sau phiên mã.
- Ở sinh vật nhân sơ điều hoà hoạt động gen chủ yếu ở mức độ phiên mã.
2. Cấu trúc của opêron Lac ở E. coli.
*Opêron là các gen cấu trúc liên quan về chức năng được phân bố liền nhau và có chung cơ chế điều hòa hoạt động.
*Cấu trúc Ôperon Lac:
Z,Y,A: Là các gen cấu trúc mã hóa cho các enzim phân giải Lactozo.
O: Vùng vận hành là trình tự nu đặc biệt để protein ức chế liên kết ngăn cản PM
P: Vùng khởi động có trình tự nu để ARN polimeraza liên kết và khởi động quá trình phiên mã.
(PM)
Gen điều hòa không nằm trong Operon nhưng có vai trò điều hòa hoạt động Operon.
3.Cơ chế điều hoà Hoạt động của ôpêron Lac:
Khi môi trường không có lactôzơ: gen điều hoà tổng hợp prôtêin ức chế. Prôtêin ức chế gắn vào vùng vận hành (O) → các gen cấu trúc không phiên mã.
Khi môi trường có lactôzơ: Lactôzơ là chất cảm ứng gắn với prôtêin ức chế → prôtêin ức chế bị biến đổi không gắn được vào vùng vận hành. ARN polimeraza liên kết với vùng khởi động tiến hành phiên mã → mARN của Z, Y, A được tổng hơp và dịch mã tạo các enzim phân hủy Lactozo. Khi Lactozo cạn kiệt thì protein ức chế lại liên kết với vùng (O) quá trình phiên mã dừng lại.
CÁC CÔNG THỨC TỔNG QUÁT ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI BÀI TẬP 1. Công thức xác định mối liên quan về SL các loại nuclêôtit trong ADN, ARN - Trong phân tử ADN (hay gen) theo NTBS:
A = T ; G = X Suy ra số nuclêôtit của ADN (hay gen)
N = A + T + G + X
ta rút ra: N = 2A + 2G = 2T + 2X
Nếu xét mối tương quan các nuclêôtit của 2 mạch đơn ta có:
T = A = T1 + T2 = A1 + A2 = T1 + A1 = T2 + A2 G = X = G1 + G2 = X1 + X2 = X1 + G1 = X2 + G2
Nếu gọi mạch gốc của gen là mạch 1 ta có mối liên quan về số lượng các đơn phân giữa gen và ARN:
Um = A1 = T2
Am = T1 = A2
Gm = X1 = G2
Xm = G1 = X2
suy ra: Um + Am = A = T
Gm + Xm = G = X
2. Công thức xác định mối liên quan về tỉ lệ % các loại đơn phân ADN, ARN
- Mỗi mạch đơn của gen bằng 50% tổng số nuclêôtit của gen. Nếu cho mạch gốc của gen là mạch 1, có thể xác định mối liên quan % các đơn phân trong gen và ARN tương ứng:
% A2 x 2 = % T1 x 2 = % Am
% T2 x 2 = % A1 x 2 = % Um % G2 x 2 = % X1 x 2 = % Um
% X2 x 2 = % G1 x 2 = % Xm
Từ công thức trên suy ra:
3. Các công thức tính chiều dài của gen cấu trúc (LG) khi biết các yếu tố tạo nên gen, ARN, prôtêin
3.1 Khi biết các đại lượng khác nhau của gen cấu trúc:
a) Biết số lượng nuclêôtit (N) của gen:
b) Biết khối lượng phân tử của gen (M):
c) Biết số lượng chu kỳ xoắn của gen (Sx)
Mỗi chu kỳ xoắn của gen gồm 10 cặp nuclêôtit có chiều cao 34Å , chiều dài gen:
LG = Sx x 34Å d) Biết số lượng liên kết hoá trị (HT)
- Số lượng liên kết hoá trị giữa các nuclêôtit (HTG) bằng số nuclêôtit của gen bớt đi 2
- Số lượng liên kết hoá trị trong mỗi nuclêôtit và giữa các nuclêôtit (HTT+G)
(HTT+G = 2N –2)
3.2 Khi biết các đại lượng tham gia vào cơ chế tái bản của gen:
a) Biết số lượng nuclêôtit môi trường cung cấp (Ncc) và số đợt tái bản (K) của gen
(CCM: số lượng nuclêôtit cung cấp tạo nên các gen có nguyên liệu mới hoàn toàn
Từ đó suy ra chiều dài gen:
b) Biết số lượng 2 loại nuclêôtit không bổ sung được cung cấp qua k đợt tái bản gen
(2k – 1)N = Ncc
(2k – 2)N = NCM
c) Biết số lượng liên kết hoá trị được hình thành sau k đợt tái bản của gen.
HT = (2k – 1)(N – 2) Từ đó suy ra N và xác định chiều dài gen:
- Liên kết hoá trị giữa các nuclêôtit và trong mỗi nuclêôtit được hình thành trên các gen con (HT): HT’ = (2k – 1)(2N – 2)
Chiều dài gen:
3.3 Khi biết các đại lượng tạo nên cấu trúc mARN a) Biết số lượng ribônuclêôtit (RARN) của phân tử mARN:
LG = RARN x 3,4Å b) Biết khối lượng của phân tử mARN (MARN)
Mỗi ribônuclêôtit có khối lượng trung bình 300đvC. Vậy chiều dài gen:
c) Biết số lượng liên kết hoá trị của phân tử mARN (HTARN)
- Nếu chỉ biết số lượng liên kết hoá trị giữa các ribônuclêôtit thì công thức trên được biến đổi:
LG = (HTARN + 1) x 3,4Å
d) Biết số lượng ribônuclêôtit được cung cấp (Rcc) sau n lần sao mã Sau mỗi lần sao mã tạo nên 1 mã sao nên:
e) Biết thời gian sao mã (tARN) - vận tốc sao mã (VARN) RARN = tARN x VARN
Lúc này bài toán xác định chiều dài gen : LG = (tARN x VARN) x 3,4Å
3.4. Các công thức tính số lượng nuclêôtit mỗi loại cần cung cấp sau k đợt tái bản của gen.
Theo NTBS ta tính được số lượng mỗi loại nuclêôtit cần cung cấp để tạo nên các gen có nguyên liệu hoàn toàn mới:
A = T = (2k – 2)A G = X = (2k – 2)G Số lượng nuclêôtit mỗi loại cung cấp để tạo nên các gen con sau k đợt tái bản:
A = T = (2k – 1)A G = X = (2k – 1)G