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

Phiên mã DNA là quá trình mà thông tin chứa trong axit deoxyribonucleic được sao chép dưới dạng một phân tử tương tự, RNA, như một bước tổng hợp protein hoặc để hình thành các phân tử RNA liên quan đến nhiều quá trình tế bào có tầm quan trọng lớn (điều hòa biểu hiện gen, tín hiệu, v.v.).

Mặc dù không đúng rằng tất cả các gen của một sinh vật mã hóa cho protein, nhưng đúng là tất cả các protein của tế bào, dù là sinh vật nhân thực hay sinh vật nhân sơ, đều được mã hóa bởi một hoặc nhiều gen, trong đó mỗi axit amin được đại diện bởi một bộ ba gốc DNA (codon).

Xử lý gen sinh vật nhân chuẩn (Nguồn: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) qua Wikimedia Commons)

Quá trình tổng hợp chuỗi polypeptit thuộc bất kỳ loại protein nào của tế bào xảy ra nhờ hai quá trình cơ bản: phiên mã và dịch mã; cả hai đều được điều chỉnh cao, vì chúng là hai quá trình có tầm quan trọng lớn đối với hoạt động của bất kỳ cơ thể sống nào.

Phiên mã DNA là gì?

Phiên mã liên quan đến việc hình thành một "khuôn mẫu" cho một phân tử RNA được gọi là "RNA thông tin" (mRNA) từ trình tự "chuẩn" được mã hóa trong vùng DNA tương ứng với gen sẽ được phiên mã.

Quá trình này được thực hiện bởi một loại enzyme có tên là RNA polymerase, enzyme này nhận biết những vị trí đặc biệt trong chuỗi DNA, liên kết với chúng, mở chuỗi DNA và tổng hợp một phân tử RNA bằng cách sử dụng một trong những sợi DNA bổ sung này làm khuôn mẫu hoặc , ngay cả khi nó gặp một chuỗi dừng đặc biệt khác.

Mặt khác, dịch là quá trình tổng hợp protein xảy ra. Nó bao gồm "đọc" thông tin có trong mRNA được phiên mã từ gen, "dịch mã" các codon DNA thành các axit amin và hình thành chuỗi polypeptide.

Quá trình dịch mã trình tự nucleotit của mRNA được thực hiện bởi các enzym được gọi là aminoacyl-tRNA synthetase, nhờ sự tham gia của các phân tử ARN khác được gọi là "ARN chuyển" (tRNA), là các phản mã của các codon chứa trong MRNA, là bản sao trung thực của chuỗi DNA của gen.

Phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn (quá trình)

Trong quá trình phiên mã ở sinh vật nhân thực, DNA được sử dụng làm khuôn để tạo ra một chuỗi RNA thông tin với sự trợ giúp của enzyme RNA polymerase.

Trong tế bào nhân thực, quá trình phiên mã xảy ra trong nhân, là bào quan nội bào chính, nơi chứa DNA dưới dạng nhiễm sắc thể. Nó bắt đầu với "bản sao" của vùng mã hóa của gen được phiên mã thành một phân tử băng đơn được gọi là RNA thông tin (mRNA).

Vì DNA được giới hạn trong bào quan nói trên, các phân tử mRNA có chức năng như trung gian hoặc chất vận chuyển trong việc truyền thông điệp di truyền từ nhân đến tế bào, nơi xảy ra quá trình dịch mã RNA và toàn bộ bộ máy sinh tổng hợp để tổng hợp protein ( ribôxôm).

- Các gen ở sinh vật nhân thực như thế nào?

Một gen bao gồm một trình tự DNA có các đặc điểm xác định chức năng của nó, vì thứ tự của các nucleotide trong trình tự này là thứ quyết định quá trình phiên mã và dịch mã tiếp theo của nó (trong trường hợp các nucleotide mã hóa protein).

Khi một gen được phiên mã, tức là khi thông tin của nó được sao chép dưới dạng ARN, kết quả có thể là ARN không mã hóa (cRNA), có chức năng trực tiếp trong điều hòa biểu hiện gen, trong việc truyền tín hiệu tế bào, v.v. hoặc nó có thể là một RNA thông tin (mRNA), sau đó sẽ được dịch mã thành một chuỗi axit amin trong một peptide.

Trình bày cấu trúc của gen sinh vật nhân chuẩn (Nguồn: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) qua Wikimedia Commons)

Việc một gen có sản phẩm chức năng ở dạng ARN hoặc protein hay không phụ thuộc vào các yếu tố hoặc vùng nhất định có trong trình tự của nó.

Các gen, sinh vật nhân chuẩn hoặc sinh vật nhân sơ, có hai chuỗi DNA, một được gọi là sợi “giác quan” và sợi còn lại là “sợi phản”. Các enzym chịu trách nhiệm cho việc phiên mã các trình tự này chỉ "đọc" một trong hai sợi, điển hình là sợi "cảm giác" hoặc "mã hóa", có "hướng" 5'-3 ".

Mỗi gen đều có trình tự điều hòa ở các đầu của nó:

- nếu các trình tự nằm trước vùng mã hóa (vùng sẽ được phiên mã) thì chúng được gọi là "trình xúc tiến"

- nếu chúng được phân tách bởi nhiều kilobase, chúng có thể "im lặng" hoặc "tăng cường"

- những trình tự gần nhất với vùng 3 'của gen thường là trình tự kết thúc, cho biết polymerase rằng nó phải dừng và kết thúc phiên mã (hoặc sao chép, tùy từng trường hợp)

Vùng promoter được chia thành xa và gần, tùy theo mức độ gần với vùng mã hóa. Nó nằm ở đầu 5 'của gen và là vị trí mà enzyme RNA polymerase và các protein khác nhận ra để bắt đầu phiên mã từ DNA sang RNA.

Ở phần gần của vùng promoter, các yếu tố phiên mã có thể liên kết, có khả năng thay đổi ái lực của enzym với trình tự được phiên mã, do đó chúng điều hòa tích cực hoặc tiêu cực quá trình phiên mã của gen.

Vùng tăng cường và vùng im lặng cũng chịu trách nhiệm điều hòa phiên mã gen bằng cách điều chỉnh "hoạt động" của vùng khởi động bằng cách liên kết của chúng với các yếu tố hoạt hóa hoặc cơ chế "ngược dòng" của trình tự mã hóa của gen.

Người ta nói rằng các gen của sinh vật nhân thực luôn bị "tắt" hoặc "bị kìm nén" theo mặc định, vì vậy chúng cần được kích hoạt bởi các phần tử promoter để được biểu hiện (phiên mã).

- Ai là người phụ trách việc phiên âm?

Dù là sinh vật nào, quá trình phiên mã được thực hiện bởi một nhóm các enzym gọi là ARN polymerase, tương tự như các enzym phụ trách quá trình sao chép ADN khi tế bào sắp phân chia, chuyên tổng hợp chuỗi ARN. từ một trong các sợi DNA của gen đang được phiên mã.

RNA polymerase là phức hợp enzyme lớn được tạo thành từ nhiều tiểu đơn vị. Có các loại:

- RNA polymerase I (Pol I): phiên mã các gen mã hóa tiểu đơn vị ribosome “lớn”.

- RNA polymerase II (Pol II): phiên mã gen mã hóa protein và tạo ra vi RNA.

- RNA polymerase III (Pol III): tạo ra các RNA vận chuyển được sử dụng trong quá trình dịch mã và cũng là RNA tương ứng với tiểu đơn vị nhỏ của ribosome.

- RNA polymerase IV và V (Pol IV và Pol V): đây là những chất đặc trưng của thực vật và chịu trách nhiệm cho quá trình phiên mã các RNA can thiệp nhỏ.

- Quy trình là gì?

Phiên mã gen ở sinh vật nhân chuẩn (Nguồn: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) qua Wikimedia Commons)

Phiên mã di truyền là một quá trình có thể được nghiên cứu chia thành ba giai đoạn: bắt đầu, kéo dài và kết thúc.

Bắt đầu

Trong quá trình khởi đầu, vùng promoter, vùng promoter của gen có chức năng như một vị trí nhận biết RNA polymerase. Đây là nơi hầu hết các biểu hiện di truyền được kiểm soát

RNA polymerase (nói RNA polymerase II) liên kết với trình tự của vùng promoter, bao gồm 6 đến 10 cặp base kéo dài ở đầu 5 'của gen, thường có khoảng 35 cặp base của trang web bắt đầu phiên âm.

Sự hợp nhất của RNA polymerase dẫn đến sự "mở" của chuỗi xoắn kép DNA, tách các sợi bổ sung. Quá trình tổng hợp RNA bắt đầu tại vị trí được gọi là "vị trí bắt đầu" và xảy ra theo hướng 5'-3 ', tức là "xuôi dòng" hoặc từ trái sang phải (theo quy ước).

Sự khởi đầu của quá trình phiên mã qua trung gian RNA polymerase phụ thuộc vào sự hiện diện đồng thời của các yếu tố phiên mã protein được gọi là các yếu tố phiên mã chung, các yếu tố này góp phần vào "vị trí" của enzym trong vùng promoter.

Sau khi enzyme bắt đầu trùng hợp, nó bị "loại bỏ" khỏi cả trình tự promoter và các yếu tố phiên mã chung.

Kéo dài

Trong quá trình kéo dài, RNA polymerase trượt xuống chuỗi đóng vai trò như khuôn mẫu

Nó xảy ra khi RNA polymerase "di chuyển" dọc theo trình tự DNA và thêm các ribonucleotide bổ sung vào sợi DNA đóng vai trò như "khuôn mẫu" cho RNA đang phát triển. Khi RNA polymerase "đi" qua sợi DNA, nó sẽ nối lại sợi antisense của nó.

Quá trình trùng hợp được thực hiện bởi RNA polymerase bao gồm các cuộc tấn công nucleophin của oxy ở vị trí 3 'của chuỗi RNA đang phát triển đến phosphate "alpha" của tiền chất nucleotide tiếp theo được thêm vào, do đó hình thành các liên kết phosphodiester và giải phóng một phân tử pyrophosphat (PPi).

Bộ bao gồm sợi DNA, RNA polymerase và sợi RNA mới ra đời được gọi là bong bóng hoặc phức hợp phiên mã.

Chấm dứt

Khi RNA polymerase đến vùng tận cùng của gen, RNA thông tin phiên mã hoàn tất. Sau đó, RNA polymerase, sợi DNA và RNA thông tin phiên mã phân ly

Sự kết thúc xảy ra khi polymerase đạt đến trình tự kết thúc, nằm ở vị trí hợp lý "hạ lưu" từ vị trí bắt đầu phiên mã. Khi điều này xảy ra, cả enzyme và RNA được tổng hợp đều trở nên "tách rời" khỏi chuỗi DNA đang được phiên mã.

Vùng kết thúc thường bao gồm một chuỗi DNA có khả năng tự "gấp lại", tạo thành cấu trúc kiểu "vòng kẹp tóc".

Sau khi kết thúc, sợi ARN tổng hợp được gọi là bản sao chính, được giải phóng khỏi phức hợp phiên mã, sau đó nó có thể được hoặc không được xử lý sau phiên mã (trước khi dịch mã thành protein, nếu có) thông qua quá trình được gọi là "cắt và nối".

Phiên mã ở sinh vật nhân sơ (quá trình)

Vì tế bào nhân sơ không có nhân có màng bao bọc nên quá trình phiên mã xảy ra trong tế bào, cụ thể là ở vùng "nhân", nơi tập trung DNA của nhiễm sắc thể (vi khuẩn có nhiễm sắc thể hình tròn).

Bằng cách này, sự gia tăng nồng độ tâm bào của một protein nhất định về cơ bản nhanh hơn đáng kể ở sinh vật nhân sơ so với sinh vật nhân chuẩn, vì quá trình phiên mã và dịch mã xảy ra trong cùng một ngăn.

- Các gen nhân sơ như thế nào?

Các sinh vật nhân sơ có các gen rất giống với sinh vật nhân chuẩn: các sinh vật trước đây cũng sử dụng các vùng điều hòa và vùng khởi động để phiên mã, mặc dù một sự khác biệt quan trọng liên quan đến thực tế là vùng khởi động thường đủ để đạt được biểu hiện "mạnh" của gen.

Theo nghĩa này, điều quan trọng cần đề cập là, nói chung, các gen nhân sơ luôn "bật" theo mặc định.

Vùng promoter liên kết với một vùng khác, thường là "ngược dòng", được điều chỉnh bởi các phân tử repressor và được gọi là "vùng điều hành".

Trình bày cấu trúc của gen nhân sơ (Nguồn: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) qua Wikimedia Commons)

Một điểm khác biệt trong quá trình phiên mã giữa sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn là thông thường các RNA thông tin của sinh vật nhân thực là đơn phân tử, tức là mỗi RNA chứa thông tin để tổng hợp một protein duy nhất, trong khi ở sinh vật nhân sơ, chúng có thể là monocistronic hoặc polycistronic, trong đó chỉ có một MRNA có thể chứa thông tin của hai hoặc nhiều protein.

Do đó, ai cũng biết rằng các gen nhân sơ mã hóa các protein có chức năng trao đổi chất tương tự, được tìm thấy trong các nhóm gọi là operon, chúng được phiên mã đồng thời thành một dạng phân tử đơn là RNA thông tin.

Các gen của sinh vật nhân sơ được đóng gói dày đặc, không có nhiều vùng không mã hóa giữa chúng, vì vậy một khi được phiên mã thành phân tử RNA thông tin tuyến tính, chúng có thể được dịch mã thành protein ngay lập tức (mRNA của sinh vật nhân chuẩn thường cần xử lý thêm).

- RNA polymerase của sinh vật nhân sơ như thế nào?

Ví dụ, các sinh vật nhân sơ như vi khuẩn sử dụng cùng một loại enzim ARN polymerase để phiên mã tất cả các gen của chúng, tức là những gen mã cho các tiểu đơn vị của ribosom và những gen mã cho các protein tế bào khác nhau.

Ở vi khuẩn E.coli, RNA polymerase được cấu tạo từ 5 tiểu đơn vị polypeptide, hai trong số đó giống hệt nhau. Các tiểu đơn vị α, α, β, β 'bao gồm phần trung tâm của enzym và lắp ráp và tháo rời trong mỗi sự kiện phiên mã.

Các tiểu đơn vị α là những đơn vị cho phép sự kết hợp giữa DNA và enzyme; tiểu đơn vị β liên kết với ribonucleotide triphosphat sẽ được trùng hợp theo khuôn mẫu DNA trong phân tử mRNA mới ra đời và tiểu đơn vị β 'liên kết với sợi DNA khuôn mẫu nói trên.

Tiểu đơn vị thứ năm, được gọi là σ tham gia vào quá trình bắt đầu phiên mã và là đơn vị cung cấp tính đặc hiệu cho polymerase.

- Quy trình là gì?

Phiên mã ở sinh vật nhân sơ rất giống với sinh vật nhân chuẩn (nó cũng được chia thành khởi đầu, kéo dài và kết thúc), với một số khác biệt về nhận dạng của các vùng khởi động và các yếu tố phiên mã cần thiết cho RNA polymerase thực hiện các chức năng của chúng.

Mặc dù các vùng khởi động có thể khác nhau giữa các loài sinh vật nhân sơ khác nhau, nhưng có hai trình tự "đồng thuận" được bảo tồn có thể dễ dàng xác định trong vùng -10 (TATAAT) và trong vùng -35 (TTGACA) ngược dòng mã hóa.

Bắt đầu

Nó phụ thuộc vào tiểu đơn vị của RNA polymerase, vì nó làm trung gian tương tác giữa DNA và enzyme, làm cho nó có khả năng nhận biết trình tự promoter. Sự khởi đầu kết thúc khi một số phiên mã phá thai của khoảng 10 nucleotide được tạo ra được giải phóng.

Kéo dài

Khi tiểu đơn vị σ được tách ra khỏi enzyme, giai đoạn kéo dài bắt đầu, bao gồm tổng hợp phân tử mRNA theo hướng 5'-3 '(khoảng 40 nucleotide mỗi giây).

Chấm dứt

Sự kết thúc ở sinh vật nhân sơ phụ thuộc vào hai loại tín hiệu khác nhau, nó có thể phụ thuộc Rho và không phụ thuộc vào Rho.

Protein phụ thuộc Rho được điều khiển bởi protein này "theo sau" polymerase khi nó tiến bộ trong quá trình tổng hợp RNA cho đến khi protein sau đạt được trình tự giàu guanines (G), dừng lại và tiếp xúc với protein Rho. phân ly từ DNA và mRNA.

Sự chấm dứt không phụ thuộc vào Rho được kiểm soát bởi các trình tự cụ thể của gen, thường là giàu chất lặp lại guanin-cytosine (GC).

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. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Giới thiệu về phân tích di truyền. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Sinh học phân tử tế bào. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Các nguyên tắc của Lehninger về hóa sinh. Macmillan.
5. Rosenberg, LE & Rosenberg, DD (2012). Gen và bộ gen của con người: Khoa học. Sức khỏe, Xã hội, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Cấu trúc gen của sinh vật nhân thực và sinh vật nhân sơ. Tạp chí Y học Wiki, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill Animations, youtube.com. Phiên mã và dịch mã ADN.