Lý thuyết và bài tập ôn tập cơ chế quá trình Phiên mã Sinh học 12

CƠ CHẾ PHIÊN MÃ (sao mã)

1. Khái niệm

- Phiên mã là quá trình truyền thông tin di truyền từ ADN mạch kép sang ARN mạch đơn

- Trong nhân tế bào gen mang mật mã di truyền nhưng lại nằm cố định trên NST không thể di chuyển được. Để giúp gen làm nhiệm vụ truyền thông tin và điều khiển quá trình dịch mã phải nhờ đến một cấu trúc khác đó là mARN – bản sao của gen.

- Sau khi mARN được tổng hợp xong sẽ di chuyển ra ngoài tế bào chất với vai trò là bản sao của gen để điều khiển quá trình dịch mã tổng hợp chuỗi pôlipeptit

2. Cấu trúc và chức năng của các loại ARN:

a. Thời điểm : xảy ra trước khi tế bào tổng hợp prôtêin.
b. Thành phần tham gia: Các loại enzim, các loại nuclêôtit tự do (A, U, G, X)
   Một phân tử AND khuôn.

c. Diễn biến của cơ chế phiên mã

 - Bước 1. Khởi đầu:
Quá trình phiên mã được bắt đầu khi enzim ARN-polimeraza bám vào vùng khởi đầu của genàgen tháo xoắn và tách 2 mạch đơn, ARN-polimeraza di chuyển dọc theo mạch khuôn giúp cho các ribonucleotit tự do trong môi trường nội bào liên kết với các nu trên mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung (A - U, G - X) tạo nên phân tử mARN theo chiều 5’ → 3’

- Bước 2. Kéo dài chuỗi ARN:
Enzym ARN pôlimeraza trượt dọc theo mạch gốc trên gen có chiều 3’ → 5’ và các nuclêôtit trong môi trường nội bào liên kết với các nucluotit trên mạch gốc theo nguyên tắc bổ sung:
- Agốc - Umôi trường
- Tgốc - Amôi trường
- Ggốc – Xmôi trường
- Xgốc – Gmôi trường
- 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. Vùng nào trên gen vừa phiên mã xong thì 2 mạch đơn đóng xoắn ngay lại.
    Ở sinh vật nhân sơ, mARN sau phiên mã được dùng trực tiếp làm khuôn tổng hợp prôtêin.
    Ở sinh vật nhân thực, mARN sau phiên mã được 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
d. Kết quả : một đoạn pt ADN→ 1 Pt ARN

e. Ý nghĩa : hình thành ARN trực tiếp tham gia vào quá trình sinh tổng hợp prôtêin quy định tính trạng
* So sánh giữa tự nhân đôi ADN và phiên mã:

Câu 1: Hãy trình bày diễn biến và kết quả của quá trình phiên mã?

Hướng dẫn giải

* Diễn biến

• Khi enzim ARN pôlimeraza bám vào promoter (vùng khởi đầu của gen) làm gen tháo xoắn và tách 2 mạch đơn, làm lộ ra mạch khuôn (mạch gốc) (mạch có chiều 3‘ 5‘)
• Enzim ARN pôlimeraza di chuyển dọc theo mạch gốc và gắn các nuclêôtit tự do trong môi trường nội bào liên kết với các nuclêôtit trên mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung (U-A, A-T; G-X, X-G) tạo nên phân tử mARN theo chiều 5‘ 3‘
• Khi enzim di chuyển đến cuối gen gặp tín hiệu kết thúc thì dừng quá trình phiên mã và phân tử mARN vừa được tổng hợp được giải phóng. Vùng nào trên gen phiên mã xong thì đóng xoắn.

* Kết quả: ở tế bào nhân sơ mARN sau khi tổng hợp ở dạng trưởng thành và trực tiếp làm khuôn tổng hợp chuỗi pôlipeptit. Còn ở tế bào nhân thực mARN sau khi tổng hợp ở dạng sơ khai, sau đó được cắt bỏ các đoạn intron, nối các đoạn exon lại với nhau thành mARN trưởng thành, đi qua màng nhân ra tế bào chất làm khuôn tổng hợp chuỗi pôlipeptit.

Câu 2: Quá trình dịch mã tại ribôxôm diễn ra như thế nào?

Hướng dẫn giải

Chia thành 2 giai đoạn:

Hoạt hóa axit amin: Trong tế bào chất, nhờ enzim đặc hiệu và ATP, mỗi axit amin được hoạt hóa và gắn với tARN tương ứng tạo nên phức hợp axit amin – tARN (aa – tARN).

Tổng hợp chuỗi pôlipeptit. Gồm 3 giai đoạn

• Mở đầu: Tiểu đơn vị bé của ribôxôm gắn với mARN ở vị trí đặc hiệu nằm gần côđon mở đầu. Bộ ba đối mã của phức hợp mở đầu Met – tARN (UAX) khớp bổ sung với côđon mở đầu (AUG) trên mARN. Tiểu đơn vị lớn của ribôxôm kết hợp tạo ribôxôm hoàn chỉnh sẵn sàng tổng hợp chuỗi pôlipeptit.
• Kéo dài chuỗi pôlipeptit: Anticôđon của phức hợp thứ 2 vào gắn bổ sung với côđon thứ 2 trên mARN, aa thứ 2 liên kết với aa Met (trước) bằng liên kết peptit. Ribôxôm lại dịch chuyển đi một côđon trên mARN và cứ tiếp tục như vậy đến cuối mARN.
• Kết thúc: Khi ribôxôm tiếp xúc với mã kết thúc trên mARN thì quá trình dịch mã hoàn tất. Nhờ enzim đặc hiệu, axit amin mở đầu được cắt khỏi chuỗi pôlipeptit vừa tổng hợp. Chuỗi pôlipeptit tiếp tục hình thành các cấu trúc bậc cao hơn, trở thành prôtêin có hoạt tính sinh học.

Trong quá trình dịch mã, mARN không gắn với từng ribôxôm riêng rẽ mà đồng thời gắn với một nhóm ribôxôm gọi là pôliribôxôm (gọi tắt là pôlixôm) giúp tăng hiệu suất tổng hợp prôtêin.

Câu 3: Nêu vai trò của pôliribôxôm trong quá trình tổng hợp prôtêin.

Hướng dẫn giải

Đáp án: Giúp tăng hiệu suất tổng hợp prôtêin.

Câu 4: Một đoạn gen có trình tự các nuclêôtit như sau:

3‘ XGA GAA TTT XGA 5‘ (mạch mã gốc)

5‘ GXT XTT AAA GXT 3‘

a, Hãy xác định trình tự các axit amin trong chuỗi pôlipeptit được tổng hợp từ đoạn gen trên.

b, Một đoạn phân tử prôtêin có trình tự axit amin như sau:

– lơxin – alanin – valin – lizin –

Hãy xác định trình tự các cặp nuclêôtit trong đoạn gen mang thông tin quy định cấu trúc đoạn prôtêin đó.

Hướng dẫn giải

a, mARN có: 5‘ GXU XUU AAA GXU 3‘

trình tự axit amin trong prôtêin Ala – Leu – Lys – Ala

b, Vì có nhiều bộ ba cùng mã hóa một axit amin nên đây là một trường hợp.

trình tự axit amin trong prôtêin – lơxin – alanin – valin – lizin –

mARN UUA GXU GUU AAA

ADN 3‘ AAT XGA XAA TTT 5‘ (mạch mã gốc)

5‘ TTA GXT GTT AAA 3‘

Câu 5: Các prôtêin được tổng hợp trong tế bào nhân thực đều

A. bắt đầu bằng axit amin Met.

B. bắt đầu bằng axit amin foocmin mêtiônin.

C. Có Met ở vị trí đầu tiên bị cắt bởi enzim.

D. Cả A và C.