Quá trình phiên mã là gì

1. ARN

a. 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:

• 1 gốc bazơ nitơ [A, U, G, X] khác ở phân tử ADN  là không có T.  
• 1 gốc đường ribôzơ [C5H10O5], ở ADN có gốc đường đêôxiribôzơ [C5H10O4]
• 1 gốc axit phôtphoric [H3PO4].

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.

b. Các loại ARN và chức năng

Có 3 loại ARN là mARN, tARN và rARN thực hiện các chức năng khác nhau.

• mARN cấu tạo từ một chuỗi poliribônuclêôtit dưới dạng mạch thẳng, mARN có chức năng truyền đạt thông tin di truyền từ mạch gốc trên ADN đến chuỗi polipeptit. Các chuỗi polipeptit sẽ tạo thành prôtêin.
• tARN có cấu trúc với 3 thuỳ, trong đó có một thuỳ mang bộ ba đối mã có trình tự bổ sung với 1 bộ ba mã hóa axit amin trên phân tử mARN, tARN có chức năng vận chuyển axit amin tới ribôxôm để tổng hợp nên chuỗi polipetit.
• rARN có cấu trúc mạch đơn nhưng nhiều vùng các nuclêôtit liên kết bổ sung với nhau tạo các vùng xoắn kép cục bộ. rARN liên kết với các protein tạo nên các riboxom. rARN là loại ARN có cấu trúc có nhiếu liên kết hidro trong phân tử nhất và chiếm số lượng lớn nhất trong tế bào.

2. PHIÊN MÃ

a. 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. 

b. Cơ chế phiên mã 

b.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.

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.

Khái niệm về phiên mã

– Phiên mã là quá trình truyền thông tin di truyền trên mạch mã gốc của gen [ADN] sang mARN theo nguyên tắc bổ sung. Phiên mã là quá trình xảy ra trong nhân, vào kì trung gian của quá trình phân bào.

Là quá trình truyền thông tin di truyền trên mạch mã gốc của gen [ADN] sang mARN theo nguyên tắc bổ sung
Quá trình xảy ra trong nhân, vào kì trung gian của quá trình phân bào.

Những điểm giống nhau giữa phiên mã và dịch mã trong DNA?

- Phiên mã và dịch mã là hai bước của quá trình biểu hiện gen.

- Cả hai quá trình đều liên quan đến mRNA.

- Ngoài ra, cả hai quá trình đều cần thiết như nhau để tạo ra protein trong cơ thể sống.

- Bên cạnh đó, cả hai đều cần một khuôn mẫu để sản xuất sản phẩm.

- Hơn nữa, cả hai quá trình đều cần các khối xây dựng của mỗi đại phân tử.

Sự khác biệt giữa phiên mã và dịch mã trong DNA là gì?

Phiên mã là bước đầu tiên của biểu hiện gen sao chép thông tin di truyền được mã hóa trong mẫu DNA thành chuỗi mRNA trong khi dịch mã là bước thứ hai của biểu hiện gen tạo ra protein chức năng từ thông tin di truyền được mã hóa trong chuỗi mRNA. Vì vậy, đây là sự khác biệt chính giữa phiên mã và dịch mã trong DNA. Ở sinh vật nhân chuẩn, phiên mã xảy ra bên trong nhân trong khi dịch mã xảy ra trong tế bào chất tại ribosome. Tuy nhiên, ở sinh vật nhân sơ, cả phiên mã và dịch mã đều xảy ra trong tế bào chất. Do đó, đây cũng là một sự khác biệt đáng kể giữa phiên mã và dịch mã trong DNA.

Hơn nữa, một sự khác biệt nữa giữa phiên mã và dịch mã trong DNA là mẫu mà mỗi quá trình sử dụng. Phiên mã sử dụng mẫu DNA trong khi dịch thuật sử dụng mẫu mRNA. Bên cạnh đó, nguyên liệu chính của phiên mã là ribonucleotide trong khi nguyên liệu chính của dịch mã là axit amin. Do đó, chúng tôi coi đây cũng là một sự khác biệt giữa phiên mã và dịch mã trong DNA.

Infographic sau đây trình bày chi tiết hơn về sự khác biệt giữa phiên mã và dịch mã trong DNA một cách tương đối.

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về các dạng bài tập liên quan nhé:

Dạng 1: Biết cấu trúc gen, xác định cấu trúc ARN hay ngược lại

Phương pháp giải

– Chỉ một trong hai mạch của gen được dùng làm mạch khuôn.

– Mạch khuôn có chiều 3’ – 5’.

– Nguyên tắc bổ sung của cơ chế sao mã là:

– Do vậy, biết cấu trúc của gen, ta xác định được cấu trúc của ARN tương ứng và ngược lại.

Bài tậpvận dụng

1] Trình tự các cặp nuclêôtit trong một gen cấu trúc được bắt đầu như sau:

3’ TAX GTA XGT ATG XAT … 5’

5’ ATG XAT GXA TAX GTA … 3’

Hãy viết trình tự bắt đầu của các ribônuclêôtit trong phân tử ARN được tổng hợp từ gen trên.

2] Cho biết trình tự bắt đầu các ribônuclêôtit trong một phân tử ARN là:

5’ AUG XUA AGX GXA XG … 3’

Hãy đánh dấu chiều và viết trình tự bắt đầu của các cặp nuclêôtit trong gen đã tổng hợp phân tử ARN nổi trên.

Hướng dẫn giải

1] Trình tự các ribônuclêôtit trong ARN:

+ Trong hai mạch của gen, mạch có chiều 3’ – 5’ là mạch khuôn.

+ Các ribônuclêôtit tự do kết hợp với mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung sau:

+ Do vậy, trình tự bắt đầu các ribônuclêôtit của ARN được tổng hợp từ gen ưên như sau:

Mạch khuôn: 3’ TAX GTA XGT ATG XAT … 5’

mARN: 5’ AUG XAU GXA UAX GUA … 3’

2] Đánh dấu chiều và trình tự các cặp nuclêôtit:

+ Ngược lại, khi biết trình tự các ribônuclêôtit ta suy ra trình tự các cặp nuclêôtit trong gen và chiều của các mạch như sau:

mARN: 5’AUG XUA AGX GXA XG … 3’

Mạch khuôn: 3’ TAX GAT TXG XGT GX … 5’

Mạch bổ sung: 5’ ATG XTA AGX GXA XG … 3’

Dạng 2: Tương quan về số nucleôtit, chiều dài, khối lượng của gen và ARN - Số liên kết hidro bị phá hủy, số liên kết hóa trị được hình thành

Phương pháp giải

* Đốì với gen không phân mảnh:

+ Gen có hai mạch, ARN có một mạch. Do vậy:

• Sốnuclêôtit của gen gấp đôi số ribônuclêôtit của ARN tương ứng: N = 2Nm
• Khối lượng của gen gấp đôi khối lượng ARN: Mgen = 2MARN

+ Chiều dài gen bằng chiều dài ARN do nó tổng hợp: Lgen =LARN

+ 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: sốlần phiên mã của 1 gen.

H = 2A + 3G là số liên kết hiđrô của gen.

Y = N – 2 là sốliên kết hóa trị trong 2 mạch đơn. Ta có:

• Số liên kết hiđrô bị hủy qua k lần sao mã là: H.k
• Số liên kết hóa trị được hình thành qua k lần phiên mã là: Y/2.k

* Đối với gen phân mảnh: tùy đề cho về tỉ lệ giữa các đoạn êxôn và intron.

Bài tậpvận dụng

1] Gen phải dài bao nhiêu micrômet mới chứa đủ thông tin di truyền để tổng hợp một phân tử mARN có 270 ribônuclêôtit loại Ađênin, chiếm 20% tổng số ribônuclêôtit của toàn mạch?

2] Gen trên có khối lượng bao nhiêu đvC?

3] Biết gen có X chiếm 15% tổng số nuclêôtit, quá trình sao mã cần môi trường cung cấp số ribônuclêôtit tự do gấp 3 lần số nuclêôtit của gen. Xác định:

a] Tổng số liên kết hiđrô bị hủy qua quá trình.

b] Tổng sốliên kết hóa trị được hình thành.

Hướng dẫn giải

1] Chiều dài gen:

+ Số ribônuclêôtit của phân tử mARN:

[270 : 20] . 100 = 1350 ribônuclêôtit.

+ Chiều dài mARN cũng là chiều dài gen tổng hợp nó:

3,4.10-4= 0,459μm.

2] Khối lượng gen: 1350 . 2 . 300 = 81.104đvC.

3] Số liên kết hiđrô bị hủy và liên kết hóa trị được hình thành:

+ Sốnuclêôtit của gen: 1350 . 2 = 2700 nuclêôtit.

+ Sốnuclêôtit mỗi loại của gen:

A = T = 2700 . 15% = 405 nuclêôtit

G = X = [2700 : 2] – 405 = 945 nuclêôtit

+ Sốliên kết hiđrô của gen: 405 . 2 + 945 . 3 = 3645 liên kết.

+ Số liên kết hóa trị trong 1 phân tử mARN: 1350 – 2 = 1348 liên kết.

+ Số lần sao mã của gen: 3 . 2 = 6.

+ Sốliên kết hiđrô bị hủy qua 6 lần sao mã: 3645 . 6 = 21870 liên kết.

+ Sốliên kết hóa trị được hình thành: 1348 . 6 = 8088 liên kết.