DỊCH MÃ DNA: QUÁ TRÌNH Ở SINH VẬT NHÂN THỰC VÀ SINH VẬT NHÂN SƠ - SINH HỌC - 2026

Quá trình dịch mã DNA là quá trình thông tin chứa trong RNA thông tin được tạo ra trong quá trình phiên mã (sao chép thông tin trong một chuỗi DNA như RNA) được "dịch mã" trong một trình tự axit amin bằng cách tổng hợp protein.

Từ góc độ tế bào, sự biểu hiện gen là một việc tương đối phức tạp xảy ra theo hai bước: phiên mã và dịch mã.

Quá trình dịch mã RNA được thực hiện bởi một ribosome (Nguồn: LadyofHats / Public domain, qua Wikimedia Commons)

Tất cả các gen được biểu hiện (cho dù chúng có mã hóa trình tự peptit hay không, tức là protein) ban đầu đều làm như vậy bằng cách chuyển thông tin có trong trình tự ADN của chúng sang phân tử ARN thông tin (mRNA) thông qua một quá trình được gọi là phiên mã.

Quá trình phiên mã được thực hiện nhờ các enzym đặc biệt được gọi là RNA polymerase, sử dụng một trong những sợi bổ sung của DNA của gen làm khuôn mẫu để tổng hợp phân tử “tiền mRNA”, sau đó được xử lý để tạo thành mRNA trưởng thành.

Đối với các gen mã hóa protein, thông tin chứa trong mRNA trưởng thành được “đọc” và dịch thành các axit amin theo mã di truyền, mã này chỉ định bộ ba codon hoặc nucleotide nào tương ứng với axit amin cụ thể nào.

Do đó, đặc điểm kỹ thuật của trình tự axit amin của protein phụ thuộc vào trình tự ban đầu của các bazơ nitơ trong DNA tương ứng với gen và sau đó trong mRNA mang thông tin này từ nhân đến tế bào (ở tế bào nhân thực); quá trình cũng được định nghĩa là tổng hợp protein do mRNA hướng dẫn.

Cho rằng có 64 tổ hợp có thể có của 4 bazơ nitơ tạo nên ADN và ARN và chỉ có 20 axit amin, một axit amin có thể được mã hóa bởi các bộ ba (codon) khác nhau, đó là lý do tại sao người ta nói rằng mã di truyền là "thoái hóa" (ngoại trừ axit amin methionine, được mã hóa bởi một codon AUG duy nhất).

Dịch mã nhân thực (quy trình từng bước)

Sơ đồ tế bào nhân thực động vật và các bộ phận của nó (Nguồn: Alejandro Porto qua Wikimedia Commons)

Trong tế bào nhân thực, quá trình phiên mã diễn ra trong nhân và dịch mã trong tế bào, vì vậy các mARN được hình thành trong quá trình đầu tiên cũng đóng vai trò vận chuyển thông tin từ nhân đến tế bào, nơi tế bào được tìm thấy. máy móc sinh tổng hợp (ribosome).

Điều quan trọng cần đề cập là sự phân chia ngăn phiên mã và dịch mã ở sinh vật nhân thực là đúng đối với nhân, nhưng nó không giống với các bào quan có bộ gen riêng của chúng như lục lạp và ti thể, những cơ quan này có hệ thống tương tự như ở sinh vật nhân sơ.

Tế bào nhân thực cũng có ribosome tế bào gắn với màng của lưới nội chất (lưới nội chất thô), trong đó xảy ra quá trình dịch mã của các protein được đưa vào màng tế bào hoặc quá trình xử lý sau dịch mã xảy ra trong ngăn này. .

- Xử lý mRNA trước khi dịch

Các mRNA được sửa đổi ở đầu khi chúng được phiên mã:

- Khi đầu 5 'của mARN trồi ra khỏi bề mặt của ARN polymerase II trong quá trình phiên mã, nó ngay lập tức bị "tấn công" bởi một nhóm enzim tổng hợp "mui xe" bao gồm 7-metyl guanylat và được nối với nucleotit. đầu cuối của mRNA thông qua liên kết triphosphat 5 ', 5'.

- Đầu 3 'của mRNA trải qua "sự phân cắt" bởi endonuclease, nhóm này tạo ra nhóm hydroxyl tự do 3' mà "chuỗi" hoặc "đuôi" của các gốc adenin (từ 100 đến 250) được gắn vào. từng cái một bởi một enzym poly (A) polymerase.

"5 'mui" và "đuôi poly A" thực hiện các chức năng trong việc bảo vệ các phân tử mRNA chống lại sự suy thoái và ngoài ra, còn có chức năng trong việc vận chuyển các bản sao trưởng thành về phía tế bào và trong việc bắt đầu và kết thúc bản dịch, tương ứng.

C orth và nối

Sau khi phiên mã, các mRNA "sơ cấp" với hai đầu đã sửa đổi, vẫn có trong nhân, trải qua quá trình "nối", theo đó các trình tự nội gen thường bị loại bỏ và kết quả là các exon được nối lại (xử lý sau phiên mã). , nhờ đó các bản sao trưởng thành thu được rời khỏi nhân và đến được tế bào.

Quá trình nối được thực hiện bởi một phức hợp riboprotein được gọi là spliceosome (liên kết spliceosome), được tạo thành từ năm phân tử ribonucleoprotein và RNA nhỏ, có khả năng "nhận ra" các vùng được loại bỏ khỏi bản sao chính.

Ở nhiều sinh vật nhân chuẩn, có một hiện tượng được gọi là "thay thế nối", có nghĩa là các loại biến đổi sau phiên mã khác nhau có thể tạo ra các protein hoặc isozyme khác nhau về một số khía cạnh trong trình tự của chúng.

- Ribôxôm

Khi các bản sao trưởng thành rời khỏi nhân và được vận chuyển để dịch mã trong tế bào, chúng được xử lý bởi phức hợp dịch mã được gọi là ribosome, bao gồm một phức hợp các protein liên kết với các phân tử RNA.

Ribosome bao gồm hai tiểu đơn vị, một "lớn" và một "nhỏ", được phân ly tự do trong tế bào và liên kết hoặc liên kết trên phân tử mRNA được dịch mã.

Sự gắn kết giữa ribosome và mRNA phụ thuộc vào các phân tử RNA chuyên biệt liên kết với các protein ribosome (RNA ribosome hoặc rRNA và RNA vận chuyển hoặc tRNA), mỗi phân tử có chức năng cụ thể.

TRNA là "bộ điều hợp" phân tử, vì thông qua một đầu, chúng có thể "đọc" từng codon hoặc bộ ba trong mRNA trưởng thành (bằng cách bổ sung cơ sở) và thông qua đầu kia, chúng có thể liên kết với axit amin được mã hóa bởi codon "đọc".

Mặt khác, các phân tử rARN có nhiệm vụ thúc đẩy (xúc tác) quá trình liên kết của từng axit amin trong chuỗi peptit mới ra đời.

Một mRNA của sinh vật nhân thực trưởng thành có thể được "đọc" bởi nhiều ribosome, nhiều lần như tế bào chỉ ra. Nói cách khác, cùng một mRNA có thể tạo ra nhiều bản sao của cùng một loại protein.

Bắt đầu codon và khung đọc

Khi mRNA trưởng thành được tiếp cận bởi các tiểu đơn vị của ribosome, phức hợp riboprotein sẽ "quét" trình tự của phân tử này cho đến khi nó tìm thấy codon bắt đầu, luôn là AUG và liên quan đến việc giới thiệu dư lượng methionine.

Mã số AUG xác định khung đọc cho mỗi gen và hơn nữa, xác định axit amin đầu tiên của tất cả các protein được dịch mã trong tự nhiên (axit amin này bị loại bỏ nhiều lần sau dịch mã).

Dừng codon

Ba codon khác đã được xác định là những mã gây ra kết thúc dịch: UAA, UAG và UGA.

Những đột biến liên quan đến sự thay đổi các bazơ nitơ trong bộ ba mã hóa axit amin và dẫn đến các codon dừng được gọi là đột biến vô nghĩa, vì chúng gây ra sự ngừng sớm của quá trình tổng hợp, tạo thành các protein ngắn hơn.

Các vùng chưa được dịch

Gần đầu 5 'của các phân tử mRNA trưởng thành có các vùng chưa được dịch mã (UTR), còn được gọi là trình tự "thủ lĩnh", nằm giữa nucleotide đầu tiên và codon bắt đầu dịch mã ( AUG).

Các vùng UTR không được dịch mã này có các vị trí cụ thể để liên kết với ribosome và ở người, ví dụ, có chiều dài xấp xỉ 170 nucleotide, trong số đó có các vùng điều hòa, các vị trí liên kết protein có chức năng điều hòa bản dịch, v.v.

- Bắt đầu dịch

Dịch, cũng như phiên mã, bao gồm 3 giai đoạn: giai đoạn bắt đầu, giai đoạn kéo dài và cuối cùng là giai đoạn kết thúc.

Bắt đầu

Nó bao gồm sự lắp ráp của phức hợp dịch mã trên mRNA, nhờ đó liên kết ba protein được gọi là Yếu tố khởi đầu (IF) IF1, IF2 và IF3 với tiểu đơn vị nhỏ của ribosome.

Phức hợp “tiền khởi đầu” được hình thành bởi các yếu tố khởi đầu và đến lượt nó, tiểu đơn vị nhỏ của ribosom liên kết với tRNA “mang” dư lượng methionine và tập hợp phân tử này liên kết với mRNA, gần codon bắt đầu. AUG.

Những sự kiện này dẫn đến sự liên kết của mRNA với tiểu đơn vị lớn của ribosom, dẫn đến giải phóng các yếu tố khởi động. Tiểu đơn vị ribosome lớn có 3 vị trí liên kết cho các phân tử tRNA: vị trí A (axit amin), vị trí P (polypeptit) và vị trí E (lối ra).

Vị trí A liên kết với đối mã của aminoacyl-tRNA bổ sung cho phần của mRNA đang được dịch mã; vị trí P là nơi axit amin được chuyển từ tRNA đến peptide mới sinh và vị trí E là nơi nó được tìm thấy trong tRNA "trống" trước khi được giải phóng vào tế bào sau khi axit amin được phân phối.

Biểu diễn đồ họa của giai đoạn bắt đầu và kéo dài bản dịch (Nguồn: Jordan Nguyen / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) qua Wikimedia Commons)

Kéo dài

Giai đoạn này bao gồm "sự di chuyển" của ribosome dọc theo phân tử mRNA và sự dịch mã của mỗi codon là "đọc", ngụ ý sự tăng trưởng hoặc kéo dài của chuỗi polypeptide khi mới sinh.

Quá trình này yêu cầu một yếu tố được gọi là yếu tố kéo dài G và năng lượng ở dạng GTP, là yếu tố thúc đẩy sự chuyển vị của các yếu tố kéo dài dọc theo phân tử mRNA khi nó đang được dịch mã.

Hoạt động peptidyl transferase của RNA ribosome cho phép hình thành các liên kết peptide giữa các axit amin kế tiếp được thêm vào chuỗi.

Chấm dứt

Quá trình dịch mã kết thúc khi ribosome gặp bất kỳ codon kết thúc nào, vì tRNA không nhận ra các codon này (chúng không mã hóa axit amin). Các protein được gọi là yếu tố giải phóng cũng liên kết, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách mRNA khỏi ribosome và phân ly các tiểu đơn vị của nó.

Dịch thuật nhân sơ (các bước-quy trình)

Ở sinh vật nhân sơ, cũng như trong tế bào nhân thực, các ribosome chịu trách nhiệm tổng hợp protein được tìm thấy trong tế bào chất (điều này cũng đúng với máy phiên mã), điều này cho phép tăng nhanh nồng độ tế bào chất của protein. khi sự biểu hiện của các gen mã hóa nó tăng lên.

Mặc dù không phải là một quá trình cực kỳ phổ biến ở những sinh vật này, nhưng mRNA chính được tạo ra trong quá trình phiên mã có thể trải qua quá trình trưởng thành sau phiên mã thông qua quá trình "nối". Tuy nhiên, phổ biến nhất là quan sát các ribosome gắn vào bản sao chính đang dịch mã nó cùng lúc với nó đang được phiên mã từ trình tự DNA tương ứng.

Theo quan điểm trên, quá trình dịch mã ở nhiều sinh vật nhân sơ bắt đầu ở đầu 5 ', vì đầu 3' của mRNA vẫn gắn vào DNA khuôn mẫu (và xảy ra đồng thời với phiên mã).

Các vùng chưa được dịch

Tế bào nhân sơ cũng tạo ra mRNA với các vùng chưa được dịch mã được gọi là "hộp Shine-Dalgarno" và có trình tự đồng thuận là AGGAGG. Rõ ràng là vùng UTR của vi khuẩn ngắn hơn đáng kể so với vùng của tế bào nhân thực, mặc dù chúng thực hiện các chức năng tương tự trong quá trình dịch mã.

Quá trình

Ở vi khuẩn và các sinh vật nhân sơ khác, quá trình dịch mã diễn ra khá giống với tế bào nhân thực. Nó cũng bao gồm ba giai đoạn: bắt đầu, kéo dài và kết thúc, phụ thuộc vào các yếu tố cụ thể của sinh vật nhân sơ, khác với các yếu tố được sử dụng bởi sinh vật nhân thực.

Ví dụ, độ giãn dài phụ thuộc vào các yếu tố kéo dài đã biết như EF-Tu và EF-Ts, hơn là yếu tố G của sinh vật nhân chuẩn.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Sinh học phân tử của tế bào. Khoa học Garland. New York, năm 1392.
2. Clancy, S. & Brown, W. (2008) Bản dịch: DNA thành mRNA thành protein. Giáo dục Tự nhiên 1 (1): 101.
3. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Giới thiệu về phân tích di truyền. Macmillan.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Sinh học phân tử tế bào. Macmillan.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
6. Rosenberg, LE & Rosenberg, DD (2012). Gen và bộ gen của con người: Khoa học. Sức khỏe, Xã hội, 317-338.