Phiên mã - Dịch mã

Chuyên đề 1: DI TRUYỀN HỌC
Bài 2: PHIÊN MÃ – DỊCH MÃ

I. Phiên Mã

1.Khái niệm

Là quá trình tổng hợp ARN trên mạch mã gốc của gen (3' → 5') theo nguyên tắc bổ sung.

2. Cấu trúc và chức năng của các loại ARN

- mARN: (ARN thông tin) mang thông tin mã hóa cho axit amin.

Hình 1. Cấu trúc mARN thông tin.

- tARN: (ARN vận chuyển) mang axit amin tham gia quá trình dịch mã.

Hình 2. Cấu trúc tARN vận chuyển.

- rARN: (ARN ribôxôm) tham gia cấu trúc ribôxôm.

Hình 3. Cấu trúc rARN ribôxôm.

3. Diễn biến của cơ chế phiên mã

Hình 4. 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.

Bước 2. Kéo dài chuỗi 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 nucleôtit trên mạch gốc theo nguyên tắc bổ sung:

A(gốc) - U(môi trường).

T(gốc) - A(môi trường).

G(gốc) – X(môi trường).

X(gốc) – G(môi trường).

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

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.

- Do gen ở sinh vật nhân sơ có vùng mã hóa liên túc nên mARN sau phiên mã được dùng trực tiếp làm khuôn tổng hợp prôtêin.

- Ở sinh vật nhân thực, do vùng mã hóa của gen không liên tục nên mARN sau phiên mã phải 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 hợp prôtêin.

II. Dịch mã

1. Khái niệm

Là quá trình chuyển mã di truyền chứa trong mARN thành trình tự các axit amin trong chuỗi polipeptit của prôtêin.

2. Diễn biến của cơ chế dịch mã

2.1 Hoạt hóa axit amin

Nhờ các enzim đặc hiệu và năng lượng ATP, các axit amin được hoạt hóa và gắn với tARN tương ứng tạo thành phức hợp aa-tARN.

2.2 Dịch mã và hình thành chuỗi polipeptit

Tiểu đơn vị bé của ribôxôm gắn với mARN ở vị trí nhận biết đặc hiệu. Phức hợp mở đầu Met-tARN mang bộ 3 đối mã UAX bổ sung chính xác với bộ 3 mở đầu AUG trên mARN sau đó tiểu đơn vị lớn ribôxôm mới lắp ráp tạo thành ribôxôm hoàn chỉnh sẵn sàng dịch mã.

Tiếp theo, aa₁-tARN gắn vào vị trí bên cạnh, bộ 3 đối mã của nó cũng khớp với bộ 3 của axit amin thứ nhất theo NTBS
Enzim xúc tác tạo thành liên kết peptit giữa axit amin mở đầu và aa₁ (Met-aa₁). Ribôxôm dịch chuyển đi một bộ 3 đồng thời tARN được giải phóng khỏi ribôxôm. Tiếp theo aa₂-tARN lại tiến vào ribôxôm, quá trình cũng diễn ra như đối với aa₁.
Quá trình dịch mã cứ tiếp tục diễn ra cho đến khi gặp một trong 3 bộ 3 kết thúc (UAA, UAG, UGA) thì quá trình dừng lại. Ribôxôm tách khỏi mARN, giải phóng chuỗi polipeptit. Sau đó Met cũng được cắt bỏ khỏi chuỗi polipetit, chuỗi pôlipeptit hoàn chỉnh được hình thành.

→ Axit amin mở đầu ở sinh vật nhân sơ là fMet, ở sinh vật nhân thực là Met.

3. Pôliribôxôm

- Trên mỗi phân tử mARN, thường có nhiều ribôxôm hoạt động cùng lúc tạo thành pôliribôxôm. Như vậy mỗi phân tử mARN có thể tổng hợp nhiều chuỗi pôlipeptit cùng lúc.

- Tăng hiệu suất tổng hợp prôtêin cùng loại

4. Mối liên hệ ADN – mARN – prôtêin – tính trạng.

- Thông tin di truyền trong ADN của mỗi tế bào được truyền đạt cho thế hệ tế bào con thông qua cơ chế nhân đôi

- Thông tin di truyền trong ADN được biểu hiện thành đặc điểm bên ngoài của cơ thể (tính trạng) thông qua các cơ chế phiên mã và dịch mã.

III. Bài tập vận dụng

A.Mức độ hiểu:

Câu 1. Enzim xúc tác cho quá trình tổng hợp ARN là:

A. ARN pôlimeraza.

B. Ligaza.

C. Amilaza.

D. ADN pôlimeraza.

Câu 2. Trong quá trình dịch mã, loại axit nuclêic có chức năng vận chuyển axit amin.

A. mARN.

B. ADN.

C. rARN.

D.tARN.

Câu 3. Trong quá trình dịch mã, trên một phân tử mARN thường có một số ribôxôm cùng hoạt động. Các ribôxôm này được gọi là:

A. Pôlimeraza.

B. Pôlinuclêôxôm.

C. Pôlinuclêôtit.

D. Pôlipeptit.

Câu 4. Ở sinh vật nhân thực, quá trình nào sau đây không xảy ra trong nhân tế bào?

A. Tái bản ADN (nhân đôi ADN).

B. Dịch mã.

C. Nhân dôi nhiễm sắc thể.

D. Phiên mã.

Câu 5. Trên mạch mang mã gốc cuả gen có một bộ ba 3'AGX5'. Bộ ba tương ứng trên phân tử mARN được phiên mã từ gen này là:

A. 5'GXU3'.

B.5'UXG3'.

C. 5'GXT3'.

D. 5'XGU3'.

Câu 6. Đơn phân của prôtêin là

A. Axit amin.

B. Nuclêôtit.

C. Axít béo.

D. Nuclêôxôm.

Câu 7. Loại axit nuclêôtic nào sao đây mang bộ ba đối mã (anticodon)?

A. AND.

B. rARN.

C.mARN.

D. tARN.

Câu 8. Bộ ba nào sau đây không mã hóa axit amin?

A. UAG.

B. AUA.

C. AXX.

D. AUX.

Câu 9. Trong tế bào loại axit nuclêôtic nào sau đây có kích thước lớn nhất?

A. rARN.

B. mARN.

C. tARN.

D. AND.

Câu 10. Loại axit nuclêôtic nào sau đây được dùng làm khuôn để tổng hợp nên các loại còn lại:

A. mARN.

B. rARN.

C. tARN.

D. ADN.

Đáp án: 1-A, 2-D, 3-A, 4-B, 5-B, 6-A, 7-D, 8-A, 9-D, 10-D

B. Mức độ vận dụng

1. Gen X dài bao nhiêu micrômet mới chứa đủ thông tin di truyền để tổng hợp một phân tử mARN có 270 ribônuclêôtit loại Ađênin, chiếm 20% tổng số ribônuclêôtit của toàn mạch?

A. 1350 ribônuclêôtit và 0,459μm.

B. 1351 ribônuclêôtit và 0,458μm.

C. 1352 ribônuclêôtit và 0,457μm.

D. 1353 ribônuclêôtit và 0,456μm.

Hướng dẫn giải:

- Chiều dài gen:

+ Số ribônuclêôtit của phân tử mARN:

()x100 = 1350 ribônuclêôtit.

+ Chiều dài mARN cũng là chiều dài gen tổng hợp nó:

1350 x 3,4.10^-4 = 0,459μm.

2. Một gen có chiều dài 510 nm và trên mạch một của gen có A + T = 600 nuclêôtit. Số nuclêôtit mỗi loại của gen trên là:

A. A = T = 1200; G = X = 300.

B. A = T = 600; G = X = 900.

C. A = T = 300; G = X = 1200.

D. A = T = 900; G = X = 600.

Hướng dẫn giải: Đổi 510nm = 5100 A⁰.

Số nucleotit trong phân tử ADN là ()x2= 3000 Nu.

Số nucleotit loại T = A = A₁+ T₁ =600. Số nucleotit loại G=X=(3000:2)-600 =900.
3. Một gen ở sinh vật nhân thực có 3900 liên kết hiđrô và có 900 nuclêôit loại guanin. Mạch 1 của gen có số nuclêôtit loại ađênin chiếm 30% và số nuclêôtit loại guanin chiếm 10% tổng số nuclêôtit của mạch. Số nuclêôtit mỗi loại ở mạch 1 của gen này là:

A. A = 450; T = 150; G = 750; X = 150.

B. A = 750; T = 150; G = 150 X = 150.

C. A = 150; T = 450; G = 750; X = 150.

D. A = 450; T = 150; G = 150 X = 750.

Hướng dẫn giải: Ta có số liên kết hiđrô của gen là 3900 = 2A + 3G ® (3900 – (3 X 900))/2 = 600.

Số nucleotit của một mạch là: 900 + 600 = 1500.

Số nucleotit mỗi loại ở mạch 1 của gen này là: A₁=1500x0,3=450; G₁=1500x0,1=150.

X₁ = X – X₂ = X – G₁ = 900–150= 750.

T₁ = 1500 – (A₁ + X₁ + G₁)= 150.

4. Gen A dài 4080 A0 bị đột biến thành gen a. Khi gen a tự nhân đôi một lần, môi trường nội bào đã cung cấp 2398 nu. Đột biến trên thuộc dạng nào?

A. Mất 1 cặp nu.

B. Thêm 1 cặp nu.

C. Thay thế 1 cặp nu.

D. Thêm 2 cặp nu.

Hướng dẫn giải:

Tổng số gen của nucleotit N=()x2=2400 nu.

N_mt =2398 = N_{sau ĐB}(2^k - 1) => N_{sau ĐB}= 2398.
- Gen bị mất 2 nu so với ban đầu nên suy ra đột biến mất 1 cặp nu.

5. Gen A có chiều dài 153nm và có 1169 liên kết hidro bị đột biến thành alen a. Cặp gen Aa tự nhân đôi lần nhất đã tạo ra các gen con, tất cả các gen con này lại tiếp tục nhân đôi lần thứ hai. Trong hai lần nhân đôi, môi trường nội bào đã cung cấp 1083 nucleotit loại adenin và 1617 nucleotit loại guanin. Dạng đột biến đã xảy ra với gen A là:

A. Thay thế một cặp A-T bằng một cặp G-X

B. Thay thế một cặp G-X bằng một cặp A-T

C. Mất một cặp G-X

D. Mất một cặp A-T

Hướng dẫn giải:

- Gen A dài 153nm → có tổng số nu là 2A + 3G = x 2 = 900

- Có 1169 liên kết H → 2A + 3G = 1169

- Giải ra ta được : A = T = 181 và G = X = 269.

- Gen A đột biến → alen a

- Cặp gen Aa nhân đôi 2 lần, tạo ra 4 cặp gen con

Môi trường nội bào cung cấp nguyên liệu tương đương với tạo ra 3 cặp gen

Cung cấp A = 1083 → alen a có số adenin là ()–181= 180.

Cung cấp G = 1617 → alen a có số guanin là ()–269= 270.

Vậy đột biến là thay thế 1 cặp A-T bằng 1 cặp G-X.

C. Bài tập tự luyện

Câu 1. Cho một số cấu trúc và một số cơ chế di truyền sau:

1. ADN có cấu trúc một mạch.
2. mARN.
3. tARN.
4. ADN có cấu trúc hai mạch.
5. Prôtêin.
6. Phiên mã.
7. Dịch mã.
8. Nhân đôi ADN.
Các cấu trúc và cơ chế di truyền có nguyên tắc bổ sung là:

A. 1, 2, 3, 4, 6.

B. 4, 5, 6, 7, 8.

C. 2, 3, 6, 7, 8.

D. 3, 4, 6, 7, 8.

Câu 2. Cho biết các cođon trên mARN mã hóa các axit amin tương ứng như sau: GGG - Gly; XXX - Pro; GXA - Ala; XGA - Arg; UXG - Ser; AGX - Ser. Một đoạn mạch gốc của một gen ở vi khuẩn có trình tự các nuclêôtit là 5’TGXXGAXXXGGG3’. Nếu đoạn mạch gốc này mang thông tin mã hóa cho đoạn pôlipeptit có 4 axit amin thì trình tự của 4 axitamin đó là:

A. Gly-Pro-Ser-Arg.

B. Ser-Ala-Gly-Pro.

C. Pro-Gly-Ser-Ala.

D. Ser-Arg-Pro-Gly.

Câu 3. Trong các phát biểu sau về gen, có bao nhiêu phát biểu đúng?
(1) Khi gen bị đột biến sẽ tạo ra các alen mới.
(2) Trong 2 mạch của gen chỉ có một mạch được dùng làm khuôn trong quá trình phiên mã.
(3) Có ba bộ ba làm tín hiệu kết thúc quá trình phiên mã là 5’UAA3’, 5’UAG3’ và 5’UGA3’.
(4) Gen bị đột biến biểu hiện ngay ra kiểu hình của cơ thể sinh vật.

A. 3.

B. 4.

C. 2.

D. 1.

Câu 4. Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về vật chất di truyền của sinh vật nhân thực?

A. Bộ ba quy định tín hiệu kết thúc quá trình dịch mã nằm trong vùng mã hóa của gen.

B. Vật chất di truyền trong nhân ở cấp độ phân tử là ADN xoắn kép, dạng mạch thẳng.

C. Phần lớn các gen của sinh vật nhân thực có vùng mã hóa không liên tục, xen kẽ các đoạn mã hóa axit amin (êxôn) là các đoạn không mã hóa axit amin (intron).

D. Nếu biết số lượng từng loại nuclêôtit trên gen thì xác định được số lượng từng loại nuclêôtit trên mARN.

Câu 5. Một số tế bào sinh tinh ở một loài thú khi giảm phân có thể tạo ra tối đa 768 loại giao tử. Biết rằng trong quá trình giảm phân có 3 cặp NST tương đồng xảy ra trao đổi chéo một điểm, cặp NST giới tính bị rối loạn giảm phân 2 ở tất cả các tế bào, các cặp còn lại không trao đổi chéo và đột biến. Bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội của loài là:

A. 2n = 16.

B. 2n = 8.

C. 2n = 10.

D. 2n = 12.

Câu 6. Phân tích thành phần nuclêôtit của 2 chủng virut người ta thu được số liệu sau:
Chủng 1: A = 15%; G = 35%; X = 35%; T = 15%.
Chủng 2: A = 15%; G = 40%; X = 30%; U = 15%.
Vật liệu di truyền của 2 chủng virut trên là gì?

A. 1.

B. 3.

C. 2.

D. 4.

Câu 7. Ở vi khuẩn, một gen thực hiện 3 lần phiên mã đòi hỏi môi trường cung cấp số lượng nuclêôtit các loại: A = 525, U = 1560, G = 1269, X = 858. Số lượng nuclêôtit từng loại của gen là:

A. A = T = 695, G = X = 709.

B. A = T = 709, G = X = 695.

C. A = 175, U = 520, G = 423, X = 286.

D. A = 520, U = 175, G = 286, X= 360.

Câu 8. Để mã hóa cho một chuỗi polipeptit hoàn chỉnh có 300 axitamin, tối thiểu gen phải có bao nhiêu bộ ba mã hóa?

A. 299.

B. 300.

C. 301.

D. 302.

Câu 9. Một phân tử mARN của sinh vật nhân sơ có chiều dài 0,51µm, với tỉ lệ các loại nuclêôtit ađênin, guanin, xitôzin lần lượt là 10%, 20%, 20%. Người ta sử dụng phân tử mARN này làm khuôn để tổng hợp nhân tạo một phân tử ADN có chiều dài tương đương. Tính theo lí thuyết, số lượng nuclêôtit mỗi loại cần phải cung cấp cho quá trình tổng hợp trên là:

A. G = X = 450; A = T = 300.

B. G = X = 300; A = T = 450.

C. G = X = 900; A = T = 600.

D. G = X = 600; A = T = 900.

Câu 10. Khi so sánh điểm khác nhau giữa cấu trúc ADN (theo Oát-xơn và Cric) với cấu trúc ARN, người ta đưa ra một số nhận xét sau đây:
1. ADN có cấu tạo 2 mạch còn ARN có cấu trúc 1 mạch.
2. ADN có cấu tạo theo nguyên tắc bổ sung còn ARN thì không.
3. Đơn phân của ADN có đường và thành phần bazơ nitơ khác với đơn phân của ARN.
4. ADN có khối lượng và kích thước lớn hơn ARN.
Số phát biểu đúng là:

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.
Đáp án: 1-D, 2-C, 3-C, 4-D, 5-D, 6-A, 7-A, 8-C, 9-D, 10-C.