[TÌM HIỂU] Sơ Đồ Tư Duy Phiên Mã Và Dịch Mã

Trong bài viết dưới đây của Thuonghieuviet, mời bạn cùng theo dõi và tìm hiểu về sơ đồ tư duy phiên mã và dịch mã, đây là phần kiến thức quan trong trong chương trình sinh học lớp 12.

Sơ Đồ Tư Duy Phiên Mã Và Dịch Mã Sinh Học 12

Cấu trúc và chức năng của các loại ARN

ARN thông tin (mARN)

• Là loại ARN có cấu trúc đơn sợi, có độ dài phụ thuộc vào đoạn ADN mà nó sao chép.
• Chứa thông tin di truyền từ ADN để tổ hợp các axit amin theo thứ tự nhất định.
• Có cấu trúc gồm ba phần: đầu 5’, đuôi 3’ và phần thân.
• Đầu 5’ có một nhóm guanin metyl hóa (GTP) được nối với sợi ARN bằng một liên kết 5’-5’ triphosphat. Đuôi 3’ có một chuỗi poly-A gồm khoảng 200-250 nuclêôtit A được nối với sợi ARN bằng một liên kết ester. Cả hai phần này đều có tác dụng bảo vệ sợi ARN khỏi sự phân giải của các enzym, cũng như giúp cho việc vận chuyển và nhận diện của sợi ARN trong tế bào.
• Phần thân của sợi ARN chứa các mã hóa gen (exon) và các không mã hóa gen (intron). Các exon là những đoạn có thông tin di truyền để tổ hợp các axit amin, còn các intron là những đoạn không có thông tin di truyền hoặc có thông tin điều hòa hoạt động gen. Trong quá trình phiên mã, các intron sẽ bị cắt bỏ và các exon sẽ được nối lại với nhau để tạo thành một sợi ARN thông tin hoàn chỉnh.

ARN chuyển (tARN)

• Là loại ARN có cấu trúc đơn sợi, có độ dài khoảng 75-80 nuclêôtit.
• Có vai trò làm cầu nối giữa mARN và protein, bằng cách mang các axit amin tương ứng với các mã ba (codon) trên mARN vào ribozom để tổ hợp thành chuỗi polipeptit.
• Có cấu trúc gồm hai phần: phần đầu và phần cuối.
• Phần đầu của tARN có một vòng lặp chứa ba nuclêôtit liên tiếp gọi là anticodon, có khả năng ghép cặp với codon tương ứng trên mARN. Phần cuối của tARN có một nhóm hydroxyl (-OH) ở vị trí 3’ của nuclêôtit A cuối cùng, nơi mà axit amin được gắn vào bằng một liên kết ester. Các axit amin được gắn vào tARN bởi các enzym gọi là aminoacyl-tARN synthetase, có độ chọn lọc cao đối với từng loại tARN và axit amin.
• Ngoài ra, tARN còn có một số vòng lặp và khuỷu tay khác, có tác dụng giúp cho việc gập lại và duy trì cấu trúc không gian của tARN, cũng như tương tác với các thành phần khác của ribozom.

ARN ribozom (rARN)

• Là loại ARN có cấu trúc đơn sợi hoặc kép sợi, có độ dài khác nhau tùy thuộc vào loại ribozom mà nó thuộc về.
• Có vai trò làm thành phần cấu trúc và chức năng của ribozom, nơi diễn ra quá trình dịch mã.
• Có cấu trúc gồm hai phần: phần nhân và phần biểu hiện.
• Phần nhân của rARN là phần chứa các nuclêôtit liên kết với nhau bằng các liên kết hiđrô, tạo thành các vùng kép sợi và đơn sợi xen kẽ nhau. Phần biểu hiện của rARN là phần chứa các nuclêôtit không liên kết với nhau, mà tự do biểu hiện ra bên ngoài ribozom. Cả hai phần này đều có tác dụng giúp cho việc duy trì cấu trúc không gian và hoạt động của ribozom.
• Trong ribozom của ti thể (prokaryote), có ba loại rARN: rARN 5S, rARN 16S và rARN 23S. Trong ribozom của tế bào nhân thật (eukaryote), có bốn loại rARN: rARN 5S, rARN 5.8S, rARN 18S và rARN 28S. Các loại rARN này được tổ hợp với các protein để tạo thành hai đơn vị của ribozom: đơn vị nhỏ và đơn vị lớn. Đơn vị nhỏ có chức năng nhận diện và ghép cặp với mARN, còn đơn vị lớn có chức năng kết hợp các axit amin thành chuỗi polipeptit.

Các bước và cơ chế của phiên mã và dịch mã

Phiên mã

Phiên mã là quá trình sao chép một đoạn ADN thành một phân tử ARN thông tin (mARN). Phiên mã có ba bước chính: khởi động, kéo dài và kết thúc.

• Bước khởi động: Là bước mà enzym RNA polymerase bám vào một vùng ADN gọi là promoter, nơi bắt đầu quá trình phiên mã. Promoter là một đoạn ADN có trình tự nuclêôtit nhất định, thường chứa một hộp TATA (TATAAA) ở vị trí -10 và một hộp Pribnow (TTGACA) ở vị trí -35 so với điểm khởi đầu phiên mã. Enzym RNA polymerase sẽ phân ly hai sợi ADN trong promoter để tạo thành một bọt phiên mã, nơi mà sợi ADN nằm trong chiều 3’-5’ được sử dụng làm khuôn để sao chép thành sợi ARN.

Bước kéo dài: Là bước mà enzym RNA polymerase tiếp tục di chuyển dọc theo sợi ADN khuôn, đọc trình tự nuclêôtit và ghép cặp với các nuclêôtit tương ứng trên sợi ARN mới hình thành. Quá trình này diễn ra theo chiều 5’-3’ của sợi ARN, và theo chiều 3’-5’ của sợi ADN khuôn. Trong quá trình này, bọt phiên mã sẽ mở rộng và thu hẹp liên tục, tạo ra một vùng phiên mã có độ dài khoảng 18 nuclêôtit. Enzym RNA polymerase sẽ sao chép toàn bộ đoạn ADN từ điểm khởi đầu phiên mã đến điểm kết thúc phiên mã, tạo ra một sợi ARN ban đầu gọi là ARN tiền chất (pre-mARN).

• Bước kết thúc: Là bước mà quá trình phiên mã kết thúc khi enzym RNA polymerase gặp một vùng ADN gọi là terminator, nơi chứa một trình tự nuclêôtit nhất định, thường là một chuỗi poly-A hoặc một vòng lặp hình cơm cháy. Khi đó, enzym RNA polymerase sẽ ngừng sao chép và rời khỏi sợi ADN, giải phóng sợi ARN tiền chất. Sợi ARN tiền chất sau đó sẽ được xử lý để tạo thành sợi ARN thông tin (mARN) hoàn chỉnh, bằng cách cắt bỏ các intron và nối lại các exon, gắn thêm đầu 5’ và đuôi 3’, cũng như sửa đổi một số nuclêôtit. Sợi ARN thông tin sau cùng sẽ được vận chuyển ra khỏi nhân tế bào để tham gia vào quá trình dịch mã.

Dịch mã

Dịch mã là quá trình sử dụng mARN để tổ hợp các axit amin thành một chuỗi polipeptit. Dịch mã có ba bước chính: khởi động, kéo dài và kết thúc.

• Bước khởi động: Là bước mà ribozom bám vào một vùng mARN gọi là khởi động (AUG), nơi bắt đầu quá trình dịch mã. Khởi động là một codon có trình tự nuclêôtit AUG, tương ứng với axit amin methionin (Met). Đơn vị nhỏ của ribozom sẽ nhận diện và ghép cặp với khởi động trên mARN, sau đó đơn vị lớn của ribozom sẽ ghép nối với đơn vị nhỏ để tạo thành ribozom hoàn chỉnh. Trong ribozom có ba vị trí gọi là A (aminoacyl), P (peptidyl) và E (exit), nơi mà các tARN mang axit amin vào và ra khỏi ribozom. Trong bước này, tARN mang axit amin Met sẽ vào vị trí P của ribozom, và anticodon của nó sẽ ghép cặp với codon khởi động trên mARN.
• Bước kéo dài: Là bước mà ribozom tiếp tục di chuyển dọc theo mARN, đọc các codon liên tiếp và ghép cặp với các tARN mang axit amin tương ứng. Quá trình này diễn ra theo chiều 5’-3’ của mARN, và theo chiều N-C của chuỗi polipeptit. Trong quá trình này, tARN mang axit amin mới sẽ vào vị trí A của ribozom, và anticodon của nó sẽ ghép cặp với codon tiếp theo trên mARN. Sau đó, liên kết peptid giữa hai axit amin liền kề sẽ được hình thành bởi sự trợ giúp của enzym peptidyl transferase, nằm trong phần nhân của rARN 23S (ti thể) hoặc rARN 28S (tế bào nhân thật). Khi đó, tARN ở vị trí P sẽ mất axit amin của nó, và chuỗi polipeptit sẽ được chuyển sang tARN ở vị trí A. Tiếp theo, ribozom sẽ dịch chuyển một bước theo chiều 5’-3’ của mARN, khiến cho tARN ở vị trí A chuyển sang vị trí P, còn tARN ở vị trí P chuyển sang vị trí E. Cuối cùng, tARN ở vị trí E sẽ rời khỏi ribozom, để chuẩn bị cho tARN mang axit amin tiếp theo vào vị trí A. Quá trình này lặp lại cho đến khi ribozom gặp một codon dừng.
• Bước kết thúc: Là bước mà quá trình dịch mã kết thúc khi ribozom gặp một codon dừng, nơi kết thúc quá trình tổ hợp các axit amin. Codon dừng là một codon không có tARN tương ứng, mà thay vào đó có các protein gọi là yếu tố giải phóng (release factor), có khả năng nhận diện và ghép cặp với codon dừng. Có ba loại codon dừng: UAA, UAG và UGA, không tương ứng với bất kỳ axit amin nào. Khi ribozom gặp một codon dừng, yếu tố giải phóng sẽ vào vị trí A của ribozom, và kích hoạt enzym peptidyl transferase để cắt đứt liên kết ester giữa chuỗi polipeptit và tARN ở vị trí P. Khi đó, chuỗi polipeptit sẽ được giải phóng khỏi ribozom, và có thể được xử lý tiếp để tạo thành protein hoàn chỉnh. Sau đó, ribozom sẽ phân ly thành hai đơn vị nhỏ và lớn, và rời khỏi mARN.

Một số ví dụ về ứng dụng của phiên mã và dịch mã trong sinh học

Phiên mã và dịch mã là hai quá trình cơ bản trong việc thực hiện thông tin di truyền từ ADN sang protein. Các protein sau đó có vai trò quan trọng trong việc duy trì và điều hòa các chức năng sinh lý của tế bào và cơ thể. Do đó, phiên mã và dịch mã có nhiều ứng dụng trong sinh học, ví dụ như:

• Nghiên cứu cấu trúc và chức năng của gen: Bằng cách phân tích các sản phẩm của phiên mã và dịch mã, ta có thể xác định được vị trí, độ dài, số lượng và vai trò của các gen trong ADN. Ta cũng có thể so sánh các gen giữa các loài khác nhau để tìm ra sự tương đồng và khác biệt trong quá trình tiến hóa.
• Nghiên cứu các biến thể gen: Bằng cách so sánh các sản phẩm của phiên mã và dịch mã giữa các cá thể khác nhau trong cùng một loài hoặc giữa các loài khác nhau, ta có thể phát hiện được các biến thể gen, gọi là đột biến hoặc biến dị. Các biến thể gen có thể ảnh hưởng đến tính trạng hoặc chức năng của protein, gây ra các bệnh di truyền hoặc tăng khả năng thích nghi với môi trường.
• Nghiên cứu các cơ chế điều hòa biểu hiện gen: Bằng cách nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phiên mã và dịch mã, ta có thể hiểu được các cơ chế điều hòa biểu hiện gen, tức là sự tăng giảm hoặc bật tắt của các gen trong tế bào. Các cơ chế này có thể bao gồm các yếu tố nội sinh (như DNA methylation, histone modification, RNA interference) hoặc ngoại sinh (như nhiệt độ, ánh sáng, hormone, chất dinh dưỡng). Các cơ chế này giúp cho tế bào có thể phản ứng với các tín hiệu và điều kiện khác nhau, duy trì sự ổn định và đa dạng hóa của chức năng sinh lý.
• Ứng dụng trong công nghệ sinh học: Bằng cách sử dụng các kỹ thuật như PCR (phản ứng chuỗi polymerase), RT-PCR (phản ứng chuỗi polymerase ngược), DNA microarray, RNA-seq, CRISPR-Cas9, ta có thể thực hiện các quá trình phiên mã và dịch mã một cách nhân tạo, để phát hiện, phân tích, sao chép, chỉnh sửa hoặc biến đổi các gen và protein. Các ứng dụng này có thể giúp cho việc chẩn đoán, điều trị, phòng ngừa các bệnh, cải tiến các tính trạng của cây trồng và vật nuôi, sản xuất các chất sinh học có giá trị cao.

Trên đây là Sơ Đồ Tư Duy Phiên Mã Và Dịch Mã cùng với đó là kiến thức liên quan mà Thuonghieuviet đã tổng hợp được hi vọng sẽ hữu ích với bạn. Chúc bạn học tập tốt!

​