Đề tài ARN - Trần Cát Đông

ARN TS. Trần Cát Đông ARN Mạch đơn polynucleotid, Đường ribose (5C), Các base nitơ Adenin, Guanin, Cytosin và Uracil (ở ADN là Thymin) Các loại ARN mARN - ARN thông tin. rARN - ARN ribosom. tARN - ARN vận chuyển. pre-rARN (tiền rARN) pre-tARN (tiền tARN) hnARN - ARN nhân không đồng nhất snARN - ARN nhân nhỏ. scARN - ARN tế bào chất nhỏ. ARN ribosom - E.coli Có 7 vùng mã hóa cho rARN trên NST: rrn Mỗi rrn mang các gen theo thứ tự 16S-23S-5S 01 sợi pre-rARN được phiên mã từ rrn pre-rARN được cắt để tạo thành các rARN tương ứng Cấu tạo ribosom: 50S + 30S 50S 2 rRNA molecules (23S + 5S) 34 polypeptides 30S one rRNA molecule (16S) 21 polypeptides ARN ribosom - Nhân thật Có nhiều bản sao của rRNA gen NST có 100-1000 vùng mã hóa của 18S-5.8S-28S theo thứ tự Gen mã hóa cho 5S nằm riêng Cấu tạo ribosom: 60S + 40S 60S 3 rRNA molecules (28S +5.8S + 5S) 49 polypeptides 40S one rRNA molecule (18S) 33 polypeptides ARN vận chuyển Dài 74 và 95 nucleotid Gấp cuộn thành cấu trúc “lá chẻ ba”: Vị trí gắn acid amin Vòng DHU Vòng Anticodon Vòng TψC Vòng phụ Có nhiều bản sao của gen tARN trên NST Được phiên mã thành pre-tARN pre-tARN được cắt và xử lý thành các tARN tương ứng ARN vận chuyển Tất cả tARN đều kết thúc bằng CCA-3’ tARN được xử lý Methyl hóa Sắp xếp lại các base Bão hòa nối đôi Khử amin hóa Gắn nhóm thế sulfur Gắn các nhóm chức năng phức Sự phiên mã Mục tiêu Promoter Các protein tham gia phiên mã Khởi đầu, nối dài và kết thúc Biến đổi ARN hậu phiên mã Sự khác nhau trong phiên mã giữa prokaryote và eukaryote Một số thuật ngữ Operon: là 1 đơn vị biểu hiện và điều hòa gen ở vi khuẩn Gen: 1 đơn vị ADN có chức năng liên quan đến kiểu hình Gen cấu trúc: mã hóa cho protein = cistron Gen chỉ phiên mã thành ARN như rARN, tARN Gen điều hòa: điều hòa biểu hiện của 2 loại trên Cistron: 1 đơn vị ADN mã hóa cho 1 protein Phiên mã Sao chép một phần ADN thành ARN Các vùng được sao chép chính là gen Hầu hết ADN của vi khuẩn được phiên mã Hầu hết ADN của eukaryote không được phiên mã Có một cơ chế điều hòa hoạt động gen phức tạp Phiên mã – Sao chép Giống nhau Có nhiều protein liên quan Có điểm khởi đầu xác định Có ba giai đoạn: khởi đầu, nối dài, kết thúc Sự phiên mã khác với sao chép: Có vị trí khởi đầu biến thiên Không cần có đoạn mồi để polymerase hoạt động Chỉ có một sợi ADN được dùng làm khuôn mẫu Điểm kết thúc được xác định trước Tiến trình phiên mã ARN polymerase nhận diện “promoter” ADN được tháo xoắn cục bộ (tạm thời) Polymerase bắt đầu đọc ADN và tổng hợp ARN Polymerase di chuyển đến vị trí kết thúc ARN tách ra khỏi polymerase (Một số ARN phải trải qua biến đổi) ARN Polymerase của vi khuẩn Enzyme phức hợp Một enzym duy nhất ở prokaryote Lõi enzym có chức năng xúc tác gổm 4 tiểu đơn vị α2ββ’ Yếu tố sigma (σ) nhận diện promoter α2ββ’σ = holoenzym Các tiểu đơn vị của ARN polymerase của E. coli ARN Polymerase của vi khuẩn Lõi xúc tác có thể gắn với ADN nhưng Không đặc hiệu Gắn lỏng lẻo, tạm thời Sigma (s) thay đổi sự gắn ADN của lỏi Tính đặc hiệu cao Gắn chặt Có định hướng vào promoter Promoter vi khuẩn Hoạt động như điểm khởi đầu phiên mã Kiểm soát tần suất khởi đầu hiệu quả Khởi đầu nhanh do promoter “mạnh” Là yếu tố điều hòa phiên mã chính ở vi khuẩn Tính hiệu quả biến thiên Càng gần trình tự “chung”, càng hoạt động mạnh Vị trí gắn Sigma Trình tự Promoter đặc hiệu Trình tự chung của promoter Điểm bắt đầu phiên mã Hộp Pribnow Sigma và Promoter Việc gắn yếu tố sigma vào promoter đánh dấu “khởi đầu” phiên mã Mỗi yếu tố sigma nhận diện hai trình tự cùng một lúc Vi khuẩn có nhiều loại sigma Nhận diện các promoter khác nhau Các gen có chung promoter tạo thành “operon” Sigma khác nhau được sử dụng theo nhu cầu của tế bào để thích ứng với giai đoạn tăng trưởng và điều kiện môi trường Promoter chuẩn Promoter sốc nhiệt Promoter thiếu nitơ Operon ở vi khuẩn - polycistron ARN Polymerase của eukaryote Protein phức hợp, có thể đến 14 tiểu đơn vị Polymerase I- 18S, 5.8S &28S  rARN Polymerase II-  mARN và các ARN nhỏ Polymerase III- 5S  rARN và tARN Tất cả đều nằm trong nhân nhưng tại các nơi riêng biệt Có độ nhạy cảm khác nhau với α-amanitin Gây độc gan do ức chế ARN polymerase II Promoter ở eukaryote Cũng là vị trí khởi đầu phiên mã gồm TATA (-25) và vùng –35 region Hộp CAAT và hộp GC Ở eukaryote, promoter không gắn polymerase Các yếu tố phiên mã ở eukaryote Các yếu tố tác động “trans” Gắn vào ADN ở promoter và các yếu tố “điều hòa” khác Một số cần cho phiên mã mức cơ bản Một số yếu tố cần cho phiên mã “chuyên biệt” Các yếu tố phiên mã ở eukaryote Phiên mã ở eukaryote được điều hòa bởi các yếu tố phiên mã (YTPM) Một số gen có sự lặp lại của promoter Tế bào chỉ sử dụng các promoter mà chúng có yếu tố phiên mã Nhiều thành phần của ADN tương tác với yếu tố phiên mã “Enhancer” kích thích phiên mã “Silencer” cản trở sự khởi đầu Mã và Khuôn mẫu Chỉ một sợi ADN dùng làm khuôn mẫu ARN bổ sung với “sợi khuôn” ARN có cùng trình tự với “sợi mã hóa” Cả hai sợi đều có thể dùng làm khuôn mẫu nhưng Chỉ một sợi cho 1 gen cụ thể Đôi khi 1 đoạn ADN làm khuôn cho 2 gen, mỗi gen dùng một sợi khác nhau Promoter ở vùng –35 và TATA đều nằm trên sợi mã hóa 5'-GTCACCCATGGAGG-3' Sợi không phiên mã 3'-CAGTGGGTACCTCC-5' Sợi phiên mã 5'-GUCACCCAUGGAGG-3' mRNA RNA luôn được tổng hợp theo hướng 5' 3' 5' 3' 3' 5' 5' 5' 5' 5' 3' 3' 3' 3' mRNA mRNA mRNA mRNA DNA DNA Mã và Khuôn mẫu Ngân hàng gen Sự sắp xếp các gen trong NST Nối dài Bắt đầu khi polymerase vào vị trí Tổng hợp ARN theo chiều 5’  3’ Về mặt hóa học tương tự tổng hợp ADN ARN polymerase là enzym xử lý Không có hoạt tính sửa lỗi Tổng hợp diễn ra đến khi gặp tín hiệu kết thúc Hoạt động của ARN Polymerase ARN polymerase không thể tách sợi ADN Helicase khởi đầu việc tách sợi sau đó tự ARN polymerase có thể tách tiếp Polymerase quay quanh sợi ADN, nên không cần topoisomerase Các sợi ADN nhập lại sau khi ARN polymerase đi qua, nên không có SSB Kết thúc Polymerase rời khỏi sợi khuôn ADN nhập lại Bản sao tách ra Tất cả gen đều có nucleotid cuối cùng xác định Tạo tín hiệu ngừng phiên mã Có thể chỉ phụ thuộc trình tự Có thể cần protein tham gia (yếu tố Rho) Kết thúc đơn giản Trình tự kiểu Palindrom tạo nút “kẹp tóc” Trình tự của ARN làm ngừng polymerase Bốn U sau nút liên kết yếu với ADN Kết thúc với yếu tố Rho Là protein gắn ARN Nhận diện các trình tự giàu C và nghèo G Có kênh để ARN chạy qua Hoạt động như helicase để kéo ARN khỏi ADN Biến đổi ARN Bản sao ARN có thể được biến đổi Xảy ra sau khi phiên mã hoàn tất Được kiểm soát bởi trình tự gen Xảy ra đối với tất cả ARN ở eukaryote Chỉ xảy ra với tARN và rARN ở vi khuẩn Cần thiết để ARN có chức năng đúng Xử lý mARN Eukaryote xử lý mARN bằng nhiều cách Biến đổi các đầu Loại bỏ intron Sửa đổi các nucleotid đặc hiệu Biến đổi đầu 5’ Triphosphate tự do bị thủy phân thành diphosphate “Chóp” GTP được thêm vào diphosphate Chóp được methyl hóa Hai nucleotid đầu tiên có thể cũng bị methyl hóa Biến đổi đầu 3’ Thêm đuôi polyA AAUAAA trong bản sao đóng vai trò tín hiệu Nuclease cắt ADN sau trình tự tín hiệu poly(A) polymerase theo chuỗi A vào Làm tăng tính ổn định của mARN Có liên quan đến sự dịch mã (?) Đuôi Poly(A) Sửa đổi mARN Một số bản sao có thay đổi nucleotid sau khi phiên mã Đổi base Thêm base Cắt nối mARN Bản sao nguyên thủy giống ADN Gồm có intron và exon Exon mang mã di truyền của protein Intron xen giữa các exon Cắt nối để loại bỏ intron Xúc tác bởi ARN, chứ không phải protein Một số bản sao là ARN tự cắt nối snRNP, có chứa protein và ARN làm phần còn lại Cắt nối ARN Kiểm soát việc cắt nối Các trình tự tại chổ tiếp giáp intron/exon điều hòa Có các trình tự “chung” ở mỗi đầu của intron Trình tự InteARNl gọi là “điểm phân nhánh” Cắt nối sai là nguyên nhân của 15% bệnh di truyền snRNPs xúc tác sự cắt nối Phức hợp cắt nối Cắt nối theo nhiều cách Một số bản sao ARN có nhiều sản phẩm cắt nối Exon được “chọn” để dùng một cách đặc hiệu bởi tế bào Bảng mã di truyền chuẩn Thí dụ bảng mã khác Bảng sử dụng mã