Quá trình tổng hợp mARN

QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP mARN (SAO MÃ, PHIÊN MÃ)

I. Khái niệm phiên mã

- Phiên mã là quá trình tổng hợp phân tử ARN từ mạch mạch mã gôc của gen .Bản chất của quá trình phiên mã là truyền đạt thông tin trên mạch mã gốc (AND mạch kép) sang phân tử ARN.

- Quá trình này diễn ra trong nhân, ở kì trung gian của tế bào đề chuẩn bị nguyên liệu cho quá trình phân bào.

* Lưu ý:

• Tất cả các Virut (có vật chất di truyền ADN mạch kép), vi khuẩn, nhân thực đều có quá trình phiên mã.
• Sinh vật nhân thực: Quá trình sao mã diễn ra ở kì trung gian (NST ở trạng thái tháo xoắn).
• Sinh vật nhân nhân sơ: Diễn ra bất kì thời điểm nào.

II. Cơ chế phiên mã

1. Vị trí và thành phần tham gia

- Vị trí: xảy ra trong nhân (SV nhân thực) hoặc vùng nhân (SV nhân sơ).

- Thành phần tham gia:

• ADN làm khuôn.
• Có các ribonu tự do trong môi trường: A, U, G, X.
• Hệ enzim: ARN polymeraza, tháo xoắn, … => nhận biết điểm khởi đầu phiên mã trên mạch mã gốc, bám vào và liên kết với mạch mã gốc, tháo xoắn => làm lộ ra mạch mã gốc, tổng hợp nên mạch ARN mới.
• Năng lượng ATP.

2. Diễn biến quá trình phiên mã

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. (Sao mã xảy ra trên mạch gốc).

Bước 2: Kéo dài sợi 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 nucluotit trên mạch gốc theo nguyên tắc bổ sung: A_gốc - U_mt, T_gốc - A_mt, G_gốc – X_mt, X_gốc – G_mt

- Vùng nào trên gen vừa phiên mã xong thì 2 mạch đơn của gen đóng xoắn ngay lại.

Bước 3: Kết thúc

- Khi ARN polymeraza trượt đến vùng kết thúc → gặp tín hiệu kết thúc → phiên mã dừng lại.

* Lưu ý:

- Sợi ARN có chiều từ 5' - 3'.

- Có sự khác biệt sản phẩm ARN trong sao mã của nhân sơ và nhân thực.

Nhân thực	Nhân sơ
- Vùng mã hóa của gen không liên tục => ARN tạo ra sau phiên mã chứa cả các đoạn Exon + Intron. (ARN sơ khai) => Phải cắt bỏ các đoạn Intron, nối các đoạn Exon tạo mARN trưởng thành rồi đi qua màng nhân ra tế bào chất làm khuôn tổng hợp protein.	- vùng mã hóa của gen liên tục => ARN tạo ra sau phiên mã tham gia ngay vào dịch mã (quá trình tổng hợp protein)

3. Kết quả và ý nghĩa của quá trình phiên mã

- 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.

III. Công thức và bài tập

Gọi k là số lần sao mã

1. Xác định số phân tử ARN

- Một phân tử ADN (gen) sao mã 1 lần → 1 phân tử ARN.

- a phân tử ADN (gen) sao mã k lần → a.k phân tử ARN.

2. Xác định số ribonu từng loại của phân tử ARN

- Nếu biết số nu trên mạch gốc.

• rA = T_g
• rU = A_g
• rG = X_g
• rX = G_g

- Nếu biết số nu của gen

• A = T = A1 + A2 = rA + rU
• G = X = G1 + G1 = rG + rX

3. Xác định số ribonu tự do môi trường cung cấp

- rN_{tự do} = k.rN

- Từng loại:

• rA_td = k*T_g
• rU_td = k*A_g
• rG_td = k*X_g
• rX_td = k*G_g

*Lưu ý: Xác đinh mạch gốc của gen

- rU_{tự do}

- \(\frac{rU_{td}}{A_1} = k_1 \in Z^+\)

- \(\frac{rU_{td}}{A_2} = k_2\)

Ví dụ 1: Ở sinh vật nhân sơ, xét 1 gen dài 4080Å, gen này có 560 nucleotit loại A, trên mạch đơn thứ nhất của gen có 260A và 380G, gen phiên mã cần môi trường nội bào cung cấp 600U tự do.

a) Tính số lượng từng loại nu trên gen.

b) Tính số lượng ribonu từng loại trên phân tử ARN.

Hướng dẫn giải

ℓgen = 4080Å ⇒ N = 2400

a) \(\left\{\begin{matrix} A = 560 = T\\ G = 640 = X \end{matrix}\right.\)

b)
- A₁ = 260 = T₂ ⇒ A₂ = 300 = T₁
​- G₁ = 380 = X₂ ⇒ G₂ = 260 = X₁
Có 600 = rU_td

• \(\frac{rU_{td}}{A_1} = \frac{600}{260} =\)  lẻ ⇒ loại
• \(\frac{rU_{td}}{A_2} = \frac{600}{300} = 2\)

⇒ Vậy mạch 2 gen là mạch gốc

4. Xác định số phân tử ARN trưởng thành

Gọi a là số đoạn exon

⇒ Số phân tử ARN (trưởng thành): (a - 2)!

Ví dụ 2: Một gen phân mảnh có 7 đoạn Intron, gen này thực hiện quá trình phiên mã để tổng hợp các phân tử ARN trưởng thành, xác định số phân tử ARN trưởng thành được tạo ra từ gen nói trên. Biết 1 exon mang mã mở đầu và 1 exon mang mã kết thúc.

Hướng dẫn giải

Gen có 7 Intron ⇒ có 8 Exon

⇒ Số ARN (tt) = (8 - 2)! = 720