Tài liệu Tiểu luận tìm hiểu về messenger rna

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC --------------- o0o ---------------- TIỂU LUẬN HÓA SINH ĐẠI CƯƠNG Đề tài: Tìm hiểu về messenger RNA 1 Mục lục A. MỞ ĐẦU.............................................................................................................................................3 B. NỘI DUNG.........................................................................................................................................4 I. TỔNG QUAN VỀ RNA..................................................................................................................4 II. RNA THÔNG TIN..........................................................................................................................4 1. Khái niệm....................................................................................................................................4 2. Cấu trúc.......................................................................................................................................5 3. Vòng đời của mRNA...................................................................................................................8 4. Các loại mRNA.........................................................................................................................15 4.1. Pre-mRNA và hnRNA..............................................................................................................15 4.3. MRNA nhị phân......................................................................................................................16 4.4. MRNA đa năng.......................................................................................................................16 5. Chức năng..................................................................................................................................16 6. Ví dụ về các rối loạn liên quan đến xử lý mRNA..........................................................................17 III. MỞ RỘNG VÀ ỨNG DỤNG.........................................................................................................17 C. KẾT LUẬN.......................................................................................................................................18 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................19 2 A. MỞ ĐẦU Nghiên cứu tế bào đã được con người tiến hành từ xa xưa, cùng với thời gian và sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các bí ẩn của sự sống trong tế bào lần lượt được khám phá. Những cấu trúc hiển vi và siêu hiển vi của tế bào được làm sáng tỏ. DNA, RNA và Protein đều là một trong số những đại phân tử sinh học chính có vai trò quan trọng thiết yếu đối với mọi dạng sống . DNA - mang thông tin cấu trúc của prôtêin - ở trong nhân tế bào là chủ yếu. Còn prôtêin chỉ được hình thành ở chất tế bào. Như vậy, chứng tỏ giữa gen và prôtêin phải có mối quan hệ với nhau thông qua một cấu trúc trung gian. Cấu trúc đó chính là RNA. RNA có ba loại chủ yếu: RNA thông tin, RNA vận chuyển, RNA riboxom. Đặc biệt, RNA thông tin (mRNA) như là một bản sao của các thông tin di truyền gốc ở gen, nó làm nhiệm vụ truyền đạt bản thiết kế prôtêin bậc I do gen quy định, thông tin từ gen có được mã hóa đúng hay không thì mRNA đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Sự tồn tại của mRNA được Francis Crick tiên đoán từ khoảng những năm 1954 - 1955, sau phát hiện vĩ đại của ông cùng James Watson về mô hình ADN không lâu. Phân tử mRNA được mô tả lần đầu tiên vào năm 1956 nhờ hai nhà khoa học Elliot Volkin và Lazarus Astrachan.RNA thông tin tham gia cả hai quá trình phiên mã và dịch mã, bất cứ sự thay đổi nào trong cấu trúc của mRNA cũng có thể ảnh hưởng rất lớn tới cấu trúc của protein tạo thành, liên quan trực tiếp đến các chức năng của sinh vật. Chính vì thế, việc tìm hiểu về cấu tạo và chức năng của mRNA là vô cùng hấp dẫn và cần thiết. 3 B. NỘI DUNG I. TỔNG QUAN VỀ RNA Axit ribonucleic (RNA hay RNA) là một phân tử polyme cơ bản có nhiều vai trò sinh học trong mã hóa, dịch mã, điều hòa, và biểu hiện của gene. RNA và DNA là các axit nucleic, cùng với lipid, protein và cacbohydrat, tạo thành bốn loại đại phân tử cơ sở cho mọi dạng sự sống trên Trái Đất. RNA chủ yếu nằm trong tế bào chất, có cấu tạo đa phân do nhiều đơn phân (gọi là ribonucleotit) kết hợp lại. Mỗi ribonucleotit bao gồm: đường pentose(C5H10O5); axít Photphoric H3PO4; một trong bốn loại Bazơ-Nitric (nitrogeneous base - là hợp chất bazơ có chứa nguyên tử nitơ): Adenin(A), Guanin(G), Uraxin(U), Cytosine(C). Quá trình đa phân hóa đòi hỏi sự hiện diện của 1 enzyme gọi là RNA polymerase. Về vai trò tham gia các quá trình phiên mã và dịch mã thông tin di truyền, RNA được chia làm ba loại chính:  RNA thông tin (mRNA): sao chép đúng một đoạn mạch ADN theo nguyên tắc bổ sung nhưng trong đó A thay cho T.  RNA ribôxôm (rRNA): là thành phần cấu tạo nên ribôxôm.  RNA vận chuyển (tRNA): 1 mạch pôlinuclêôtit nhưng cuộn lại một đầu II. RNA THÔNG TIN 1. Khái niệm RNA thông tin là một loại RNA mang bộ ba mã di truyền được tổng hợp trực tiếp từ gen trên DNA trong nhân, ra ngoài vùng nhân làm khuôn dịch mã tổng hợp nên chuỗi polypeptide. 4 Hình 1: mRNA 2. Cấu trúc Trên nguyên tắc, các RNA được cấu tạo từ các đơn phân là các ribonucleotide. Đường pentose đặc trưng của RNA là ribose, còn thành phần base, có bốn loại cơ bản là adenine (A), uracil (U), guanine (G) và cytosine (C). 5 Các ribonucleotide nối kết với nhau bằng các liên kết 3',5'phosphodiester tạo thành các chuỗi polyribonucleotide - cấu trúc sơ cấp của các phân tử RNA. Hình 2: Cấu trúc hóa học của RNA Nhìn chung, các mRNA có cấu trúc mạch thẳng, với kích thước khác nhau và đều có ba phần chính như sau: 5’-UTR │ vùng mã hóa │ 3’-UTR Tuy nhiên, ở mỗi loài sinh vật, cấu trúc đó cũng có những khác biệt: 6 Hình 3: Cấu trúc của mRNA ở sinh vật nhân sơ(A) và mRNA ở sinh vật nhân thực (B). Ở cấu trúc mRNA nhân sơ cho thấy:  vùng 5'-UTR chứa trình tự ShineDalgRNAo (SD, gồm 8 base purine), vị trí tương tác với vùng đặc thù giàu pyrimidine của rRNA 16S trong tiểu đơn vị ribosome bé để khởi đầu tổng hợp protein.  vùng được dịch mã được giới hạn bởi codon khởi đầu và codon kết thúc.  vùng 3'-UTR nằm sau codon kết thúc. Ở cấu trúc mRNA nhân thực cho thấy rõ "mũ" m 7Gppp ở đầu mút 5' và đuôi poly(A) ở đầu 3'.  Vùng dẫn đầu (5'UTR): không được dịch mã nhưng có cấu trúc cần thiết cho sự bám vào của tiểu đơn vị ribosome bé.  Vùng mã hoá (coding region): nằm kề sau vùng 5'-UTR; nó mang thông tin cấu trúc của một chuỗi polypeptide, nếu là mRNA của sinh vật nhân thực (monocistronic mRNA) hoặc mang thông tin của nhiều polypeptide khác nhau và cách nhau bởi các đoạn đệm không được dịch mã, nếu là mRNA của sinh vật nhân sơ (polycistronic mRNA).  Vùng kéo sau (3'-UTR): nằm ở đuôi mRNA, không được dịch mã. Cấu trúc "mũ" đặc trưng có mặt ở đầu 5' của tất cả các mRNA trưởng thành ở nhân thực . 7 Hình 4: Cấu trúc của "mũ" (5' cap) có mặt ở tất cả các mRNA nhân thực 3. Vòng đời của mRNA RNA được tổng hợp từ mạch khuôn DNA.Tuy nhiên,chỉ một lượng nhỏ DNA được sử dụng để mã hóa mRNA. Vòng đời của một phân tử RNA thông tin được tính từ khi bắt đầu quá trình phiên mã và kết thúc khi phân tử này bị phân hủy bởi các RNase. Trong quá trình này, RNA thông tin có thể được chế biến, chỉnh sửa, và được vận chuyển trước khi xảy ra quá trình dịch mã. Những RNA thông tin của sinh vật nhân chuẩn thường phải trải quá nhiều quá trình chế biến và vận chuyển phức tạp hơn nhiều so với ở tế bào sinh vật nhân sơ. mRNA tồn tại trong khoảng thời gian ngắn từ vài giây đến vài phút ở sinh vật nhân sơ nhưng sống lâu hơn ở sinh vật nhân chuẩn do nó phải di chuyển ra khỏi nhân đến vị trí tổng hợp protein mà ribosome có trong tế bào chất. 3.1. Phiên mã 8 Phiên mã là quá trình tổng hợp RNA từ mạch khuôn của gen. Trong quá trình này, trình tự các đêôxyribônuclêôtit ở mạch khuôn của gen (ADN) được chuyển đổi (phiên) thành trình tự các ribônuclêôtit của RNA theo nguyên tắc bổ sung Quá trình phiên mã diễn ra như sau: – Chuẩn bị: Hệ enzym tháo xoắn AND, gỡ xoắn và tách ADN khuôn ở đoạn có gen cần phiên. Sau đó phiên mã mới có thể tiến hành. – Khởi đầu: Enzim RNA-pôlymeraza bám vào đoạn khởi đầu ở vùng điều hòa của gen, chọn mạch khuôn rồi bắt đầu trượt dọc theo mạch này theo chiều 3’- 5’ để sẵn sàng tổng hợp RNA. – Kéo dài : RNA-pôlymeraza vừa trượt dọc trên mạch khuôn gen theo chiều 3’- 5’, vừa lắp các ribônuclêôtit tự do vào mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung, rồi sử dụng ATP để gắn các ribônuclêôtit vừa được lắp trên mạch khuôn với nhau bằng liên kết phôtphođieste, tạo nên chuỗi pôlyribônuclêôtit mới theo hướng 5’-3’. Đoạn nào trên gen đã phiên mã xong đóng xoắn lại ngay. Ở bước này, chuỗi pôlyribônuclêôtit được dài dần ra, nên được gọi là giai đoạn kéo dài cũng là giai đoạn lâu nhất trong toàn bộ quá trình. – Kết thúc: Khi RNA-pôlymeraza trượt tới tín hiệu kết thúc trên gen thì dừng phiên mã và tách khỏi gen, phân tử mRNA vừa tạo thành được giải phóng, đồng thời đoạn gen bị tách "khép" lại rồi trở thành cấu trúc xoắn kép như trước. Hình 5: Sơ đồ khái quát quá trình phiên mã Phiên mã ở sinh vật nhân thực và nhân sơ về cơ bản là giống nhau theo các giai đoạn. Chỉ có một vài điểm khác nhau như sau: – Phiên mã ở nhân sơ nói chung, chỉ cần một loại enzym RNA-pôlymeraza xúc tác, kể cả phiên ra mRNA hay tRNA hoặc rRNA. Nhưng ở nhân thực có nhiều loại 9 enzim khác nhau cùng tham gia: mỗi loại RNA (mRNA, tRNA và rRNA) khi phiên mã được xúc tác bởi một loại RNA-pôlymeraza riêng. – Do vi khuẩn (nhân sơ) không có màng nhân, nên bản phiên mã mRNA ngay cả khi chưa xong đã có thể được làm khuôn dịch mã ngay, nghĩa là phiên mã và dịch mã coi như là có thể cùng lúc, do đó phiên mã xong là có thể dịch mã cũng hoàn tất. – Ngay sau khi RNA được tạo thành xong, thì ở nhân sơ, RNA này được sử dụng ngay trong tế bào. Nhưng ở nhân thực, thì chuỗi pôlyribônuclêôtit mới chỉ là phân tử RNA sơ khai, phải qua quá trình chế biến, đặc biệt là phân tử mRNA sơ khai phải được cắt bỏ intrôn (không có codon) và nối các êxôn (có các codon), thì trở mới tạo ra mRNA trưởng thành, rồi mRNA trưởng thành này đi qua màng nhân vào mạng lưới nội chất để làm khuôn dịch mã. 3.2. Chế biến Việc chế biến (xử lý) RNA thông tin rất khác nhau giữa sinh vật nhân chuẩn và nhân sơ. RNA thông tin của sinh vật nhân sơ là khá hoàn chỉnh việc phiên mã và không cần chế biến gì (ngoại trừ vài trường hợp hiếm).Còn RNA thông tin của sinh vật nhân chuẩn đòi hỏi xử lý rất nhiều. Tạo tiền RNA thông tin ở sinh vật nhân chuẩn: – Cộng gốc 5' là quá trình ở đó nucleotid guanin thay đổi được cộng vào đầu 5' của tiền RNA thông tin. Quá trình sửa chữa này là quan trọng cho việc phát hiện và đính kèm đúng của RNA thông tin với ribosome. Nó cũng quan trọng với quá trình ghép và vận chuyển. – Vận chuyển - là quá trình ở đó tiền RNA thông tin được sửa chữa để kéo giãn các chuỗi không mã hóa, gọi là intron; và các chuỗi protein mã hóa được gọi là exons. Tiền RNA thông tin được vận chuyển bởi nhiều đường khác nhau, cho phép một gen đơn có thể mã hóa cho nhiều protein, quá trình như vậy được gọi là vận chuyển liên tiếp. Quá trình vận chuyển thường được thực hiện bởi một phức hợp gọi là thể cắt nối (spliceosome), nhưng các phân tử RNA cũng có khả năng làm chất xúc tác cho chính quá trình vận chuyển của chúng. – Polyadenylation - là liên kết không phân cực (covalent) của một nửa polyadenylyl với một phân tử RNA. Trong các sinh vật nhân chuẩn, polyadenylation là quá trình mà ở đó phần lớn các phân tử RNA thông tin được kết thúc ở các gốc 3' của chúng. Các đầu viện trợ poly(A) trong RNA thông tin ổn định để bảo vệ nó khỏi quá trình exonucleases. Polyadenylation cũng quan trọng với quá trình kết thúc phiên mã, đưa RNA thông tin ra ngoài hạt nhân và dịch mã nó. – Polyadenylation diễn ra trong và sau quá trình phiên mã ADN vào trong RNA. Sau khi quá trình phiên mã kết thúc, vòng RNA thông tin được phân ra nhờ sự hoạt động của một endonuclease phức gắn với RNA polymerase. Vị trí phân rã được xác định bởi sự xuất hiện của các chuỗi AAUAAA gốc gần chỗ phân rã. 10 Sau khi RNA thông tin được tách ra, 80 đến 250 adenosine còn lại được gắn vào các gốc tự do 3' tại vị trí phân rã. – Một chuỗi (khoảng vài trăm) nucleotid loại Adenin được cộng vào các đầu 3' của tiền RNA thông tin nhờ sự hoạt động của một enzyme có tên là polyadenylate (polyA) polymerase. Đuôi PolyA được gắn với bản sao ở đó chứa những chuỗi đặc biệt, ký hiệu AAUAAA. Tầm quan trọng của ký hiệu AAUAAA được chứng minh bởi một sự thay đổi trong mã hóa chuỗi DNA (AATAAA), dẫn đến sự thiếu hụt của hồng cầu. Polyadenylation làm tăng quá trình phân đôi trong quá trình sao chép, vì thế các bản sao cuối cùng dài hơn trong tế bào và dẫn đến việc dịch mã nhiều hơn, tạo ra nhiều protein hơn. 3.3. Xử lý Xử lý RNA là quá trình biến đổi tự nhiên phân tử RNA sơ khai vừa được tổng hợp, từ đó tạo nên RNA trưởng thành.Quá trình này gặp ở hầu hết các loài sinh vật nhân thực, xảy ra ngay sau khi phiên mã (tổng hợp RNA) nên cũng còn gọi là biến đổi sau phiên mã (post-transcriptional modification). Thuật ngữ này dịch từ nguyên gốc tiếng Anh: RNA processing dùng để chỉ quá trình biến đổi RNA sơ khai vừa được phiên mã từ gen, qua khâu cắt intrôn, ghép êxôn và một số biến đổi khác nữa để tạo nên RNA trưởng thành. Quá trình xử lý RNA này được phát hiện vào khoảng từ năm 1978, cũng còn được dịch là quá trình chế biến RNA. Quá trình xử lý RNAcó thể chia thành hai giai đoạn chính: – Giai đoạn "đội mũ - gắn đuôi" gồm gắn mũ (cap) 7-methylguanosine và gắn thêm chuỗi pôly A như cái đuôi phân tử, nhờ sự đa ađênin hoá (polyadenylation). – Giai đoạn cắt - nối RNA sơ khai, trong tiếng Anh gọi là RNA splicing (xem trang cắt nối RNA). Bởi vì ADN của sinh vật nhân thực rất phức tạp, trong vùng mã hóa lại có cả các đoạn intrôn (không có mã) xen kẽ với các đoạn êxôn (có mã di truyền), thêm vào đó, lại có loại gen mã hoá nhiều RNA nhỏ liền nhau, sau phiên mã mới tách rời nhau, nên phiên mã xong mới chỉ tạo ra RNA sơ khai chưa có chức năng sinh học và thường bị tế bào phân giải. Do đó, xử lý RNA là quá trình bắt buộc trong sự biểu hiện gen. Xử lý RNA thường gồm 3 sự kiện chính – Gắn mũ (chóp) GTP. Các RNA thông tin của sinh vật nhân thực và virus có một cấu trúc đặc biệt ở hai đầu cuối. Ngay sau khi tiền RNA thông tin (pre-mRNA) được tạo thành và thoát ra khỏi phân tử RNA pôlymeraza, một loạt các enzym sẽ tiến hành phản ứng lên đầu 5' để tạo thành 5' methylated cap, gọi là "mũ" – thực chất là phân tử 711 methyl-guanosine gắn với nucleotide cuối của RNA thông tin qua liên kết "không bình thường" là 5'-5' triphosphate. Quá trình gắn mũ này xảy ra trong quá trình phiên mã, sau khi phiên mã được khoảng 20-50 nucleotide [7] Ở virus, các enzyme gắn mũ cho RNA thông tin gắn với RNA polymerase của virus. Còn ở sinh vật nhân thực, khác với RNA polymerase I và RNA polymerase III, RNA polymerase II có phần CTD (carboxyterminal domain) [8] tương tác với enzyme gắn mũ.Nhờ vậy, mũ được bảo đảm đặc hiệu cho cấu trúc đầu 5' RNA thông tin.Mục tiêu của việc gắn mũ này là tránh việc phân tử RNA bị các enzyme khác làm phân hóa và trợ giúp cho RNA có khả năng ra khỏi nhân tế bào đến được tế bào chất. Cụ thể hơn, cấu trúc mũ này có tác dụng bảo vệ RNA mới hình thành khỏi các enzyme exonuclease 5'-3', là vị trí gắn trực tiếp cho phức hợp gắn với mũ (CBC - cap-binding complex) – chuẩn bị cho các bước biến đổi tiền RNA thông tin kế tiếp và cũng là vị trí gắn cho các nhân tố trong tế bào chất cần thiết trong quá trình dịch mã. – Thêm đuôi pôlyA. Đầu còn lại sẽ bị tách bởi một enzyme phân hóa (endonuclease) để giải phóng nhóm hydroxyl ở 3' của nucleotide đầu cuối 3' và thêm vào adenylic acid nhờ vào enzyme poly(A) polymerase. Quá trình này liên quan mật thiết với việc kết thúc phiên mã, và một lần nữa, có sự tham gia của RNA polymerase II CTD để tương tác với các nhân tố gắn polyA. Tuy nhiên, người ta vẫn chưa thực sự hiểu rõ tác dụng của việc gắn đuôi polyA cho RNA thông tin để tạo thành RNA thông tin trưởng thành: bổ sung các nhân tố làm ngưng quá trình này không ảnh hưởng đến việc tổng hợp RNA thông tin và RNA thông tin không có đuôi poly(A) vẫn có thể được vận chuyển ra khỏi nhân và tham gia dịch mã nhưng với hiệu suất thấp hơn. – Cắt và nối Ở sinh vật có nhân, gene không chỉ chứa các đoạn mang mã - chứa thông tin mã hóa protein mà còn xen kẽ bởi các đoạn không mang mã, lần lượt được gọi là exon và intron.Trong quá trình xử lý tiền RNA thông tin (pre-mRNA), các đoạn intron này được loại bỏ và các đoạn exon được nối lại với nhau để tạo thành RNA thông tin trưởng thành.Chính RNA thông tin trưởng thành này mới là khuôn chính xác cho quá trình dịch mã RNA thông tin thành protein tương ứng.Sự kiện trên được gọi là quá trình cắt nối, cũng được thực hiện đồng thời với quá trình phiên mã và tiếp tục sau phiên mã bởi một phức hợp lớn gồm các snRNPs (small nuclear ribonucleoprotein) (gọi là spliceosome). Sự cắt nối có vai trò rất quan trọng vì ảnh hưởng trực tiếp đến khuôn dịch mã protein, do vậy vị trí cắt nối phải được đánh dấu cực kỳ chính xác. Trình tự base tại đoạn nối intron-exon trên RNA các sinh vật nhân thật có chung một motif: trình tự intron bắt đầu bằng GU và kết thúc bằng AG. Ngoài ra còn có một vị trí đặc biệt bên trong intron gọi là vị trí nhánh (branch site) với một ribonucleotide A cố định. Những phần khác của intron có vẻ như không đóng vai trò quan trọng 12 trong quá trình splicing: người ta có thể chèn thêm, loại bỏ hay thay thế các phần này mà vẫn không ảnh hưởng đến quá trình splicing nếu giữ nguyên vị trí nhánh, đầu 5' và 3'. Về cơ chế hóa học, cắt nối là quá trình bao gồm 2 phản ứng chuyển ester (transesterification) liên tiếp nhau. Đầu tiên, liên kết phosphodiester giữa exon phía đầu (tạm gọi exon1) và đầu 5' của intron bị phá vỡ bởi nhóm hydroxyl của một ribonucleotide A tại vị trí nhánh, và một liên kết phosphodiester mới hình thành giữa đơn phân A này với nhóm phosphate ở đầu 5' của intron tạo thành cấu trúc trung gian hình nút thòng lọng. Nhóm 5'hydroxyl tự do của exon1 lúc này sẽ tấn công liên kết phosphodiester giữa intron và exon phía đuôi intron(exon2) tương tự như phản ứng trên. Kết quả là exon1 và exon2 được nối với nhau và đoạn intron được giải phóng ở dạng nút thòng lọng.Chú ý là số lượng liên kết phosphodiester được giữ nguyên suốt quá trình cắt nối – điều này rất cần thiết vì quá trình cắt nối nhờ vậy, diễn ra mà không hề tiêu tốn năng lượng. Đây là một quá trình đặc biệt quan trọng để hình thành RNA thông tin trưởng thành.Các RNA thông tin không được cắt nối thích hợp sẽ bị giữ lại tại vị trí phiên mã (cơ chế chưa được nghiên cứu rõ). Một trong những đặc điểm nổi bật của quá trình cắt nối chính là quá trình cắt nối lựa chọn (alternative splicing). Các exon trên RNA thông tin gồm hai loại là exon cơ bản (constitutive exon) và exon lựa chọn (alternative exon), hay intron, trong đó, chỉ có exon cơ bản luôn được giữ lại trên RNA thông tin trưởng thành, các intron bị cắt xén đi. Quá trình cắt nối lựa chọn thực hiện nhờ cơ chế gọi là cơ chế định nghĩa exon, với sự tham gia của các nhân tố giao dịch(gắn với các nhân tố tăng cường hay ức chế splicing). Chính nhờ cắt nối lựa chọn, một gene có thể tạo ra sản phẩm là nhiều protein khác nhau và vì thế, làm tăng độ đa dạng cũng như độ phức tạp của bộ gene sinh vật nhân chuẩn 13 Hình 6: Quá trình xử lý mRNA 3.4. Vận chuyển Một sự khác biệt khác giữa các sinh vật nhân chuẩn và nhân sơ là ở quá trình vận chuyển RNA thông tin. Do sự phiên mã và dịch mã của các sinh vật nhân chuẩn diễn ra tách biệt nhau trong không gian tế bào, nên mRNA trưởng thànhcủa sinh vật nhân chuẩn phải được chuyển từ nơi nó được tổng hợp là nhân tế bào qua các lỗ nhân tới tế bào chất. 3.5. Dịch mã Trong dịch mã, RNA thông tin được giải mã trong một ribosome bên ngoài nhân, để tạo ra chuỗi axit amin hay polypeptide. Polypeptide sau đó gấp, co xoắn tạo protein hoạt động và thực hiện các chức năng của nó trong các tế bào. Ribosome tạo điều kiện cho sự giải mã bằng cách tạo ra trình tự bộ 3 bổ sung với tRNA với các mRNA mang mã di truyền. Mỗi tRNA mang một axit amin cụ thể được nối với nhau thành một polypeptide khi mRNA đi qua và được "đọc" bởi ribosome. Ở sinh vật nhân sơ (vi khuẩn), dịch mã xảy ra trong tế bào chất, nơi các tiểu đơn vị lớn và nhỏ của ribosome liên kết với mRNA. Ở sinh vật nhân chuẩn dịch mã xảy ra trong cytosol hoặc trên màng của mạng lưới nội chất trong một quá trình được gọi là chuyển dịch đồng dịch. Quá trình dịch mã gồm 3 phần chính: – Mở đầu Tiểu đơn vị nhỏ của ribosome (có bộ 3 của rRNA) gắn với mRNA ở vị trí nhận biết đặc hiệu (gần bộ ba mở đầu) và di chuyển đến bộ ba mở đầu (AUG). AminoacyltRNA phù hợp tiến đến gắn với bộ 3 mở đầu theo nguyên tắc bổ sung (UAX - AUG), sau đó tiểu đơn vị lớn gắn vào tạo ribosome hoàn chỉnh. – Kéo dài Aminoacyl-tRNA tiếp theo khớp bổ sung đối mã với codon tiếp theo trên mRNA. Tiểu đơn vị lớn xúc tác cho sự hình thành liên kết peptit giữa các axit amin mở đầu và tiếp theo lần lượt. Ribosome tiếp tục dịch chuyển tRNA tách và di chuyển khỏi ribosome, quá trình vẫn tiếp tục khi ribosome chạy tiếp dọc mRNA. – Kết thúc 14 Khi ribosome chạy đến một codon kết thúc (UAA, UAG, UGA - tương ứng với không axit amin) thì dịch mã chấm dứt, hai tiểu đơn vị ribosome tách nhau ra.Ngay sau đó, một enzym đặc hiệu loại bỏ axit amin mở đầu, quá trình dịch mã hoàn tất. Hình 7: Quá trình dịch mã 3.6. Phân hủy Sau một khoảng thời gian nhất định, các RNA thông tin phân hủy thành các thành phần nucleotide của nó, thường nhờ sự hỗ trọ của các RNase. Ứng với quá trình chế biến RNA thông tin, RNA thông tin của sinh vật nhân chuẩn được tổng hợp một cách ổn định hơn là RNA thông tin của các sinh vật nhân sơ. 4. Các loại mRNA 4.1. Pre-mRNA và hnRNA Tiền chất mRNA (tiền mRNA) là bản phiên mã chính của mRNA nhân chuẩn khi nó đi ra khỏi mẫu DNA. Pre-mRNA là một phần của một nhóm RNA được gọi là RNA hạt nhân không đồng nhất (hnRNA). hnRNA đề cập đến tất cả các RNA chuỗi đơn nằm bên trong nhân của tế bào nơi diễn ra quá trình phiên mã (DNA-> RNA) và tiền mRNA tạo thành một phần lớn các axit ribonucleic này. Pre-mRNA chứa các chuỗi cần phải được loại bỏ intron hoặc đã tách ra trước khi được dịch thành protein. Sau bước xử lý này, pre-mRNA được coi là bản phiên mã mRNA trưởng thành. 15 Intron là trình tự nuclêôtit không có chức năng mã hoá trong một gen. Chúng thường xuất hiện trong các loài sinh vật nhân thực và không được tìm thấy trong các loài sinh vật nhân sơ (đôi lúc được tìm thấy trong các loài vi khuẩn cổ). Trong một gen nhân thực, chúng thường xen giữa các đoạn DNA có mã hóa gọi là êxon, từ đó tạo thành gen phân mảnh (gene in pieces). Sau khi gen tiến hành phiên mã xong, những đoạn intron sẽ bị loại bỏ khỏi phân tử RNA qua quá trình xử lý RNA.Cơ chế này chỉ được thực hiện ở các tế bào nhân thực.Các đoạn intron này sẽ tự xúc tác cho chính phản ứng cắt nó ra khỏi đoạn mRNA (những đoạn RNA có tính chất như vậy được gọi là ribozyme) từ đó làm cho các đoạn êxon gắn lại với nhau và nhờ vậy quá trình dịch mã có thể diễn ra liên tục.Sau đó các mRNA được vận chuyển ra khỏi nhân tế bào.Số lượng và chiều dài của các intron khác nhau tuỳ từng loài.Ví dụ loài cá nốc hổ có rất ít intron.Trong khi đó động vật có vú và thực vật có hoa lại có rất nhiều intron, và thậm chí những intron có chiều dài lớn hơn so với các êxôn thuộc cùng gen. 4.2. mRNA đơn dòng mRNA đơn dòng đề cập đến mRNA của sinh vật nhân chuẩn chứa các chuỗi exon mã hóa cho một protein duy nhất. 4.3. MRNA nhị phân Một phân tử mRNA bicistronic chứa các chuỗi mã hóa exon cho hai protein. 4.4. MRNA đa năng Một phân tử mRNA đa năng chứa các chuỗi mã hóa exon cho nhiều protein. Hầu hết mRNA của vi khuẩn là đa năng. 5. Chức năng Chức năng chính của mRNA là hoạt động như một trung gian giữa thông tin di truyền trong DNA và chuỗi axit amin của protein. mRNA chứa các codon bổ sung cho chuỗi nucleotide trên DNA mẫu và định hướng sự hình thành các axit amin thông qua hoạt động của ribosome và tRNA . mRNA cũng chứa nhiều vùng quy định có thể xác định thời gian và tốc độ dịch mã. Ngoài ra, nó đảm bảo rằng quá trình dịch diễn ra theo một trật tự vì nó chứa các vị trí để ghép các ribosome, tRNA cũng như các protein trợ giúp khác nhau. 16 Protein được sản xuất bởi các tế bào đóng nhiều vai trò khác nhau, như enzyme, phân tử cấu trúc hoặc là máy móc vận chuyển cho các thành phần tế bào khác nhau. Một số tế bào cũng chuyên biệt để tiết ra protein, chẳng hạn như các tuyến sản xuất enzyme tiêu hóa hoặc hormone ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất của toàn bộ sinh vật . 6. Ví dụ về các rối loạn liên quan đến xử lý mRNA Hơn 200 bệnh có liên quan đến khiếm khuyết trong quá trình xử lý pre-mRNA thành mRNA. Đột biến trong DNA ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của pre-mRNA. Ví dụ, một chuỗi DNA bất thường có thể loại bỏ, làm suy yếu hoặc kích hoạt các vị trí mối nối ẩn trong pre-mRNA. Tương tự như vậy nếu máy móc nối không hoạt động đúng, spliceosome có thể cắt pre-mRNA không chính xác. Những đột biến này dẫn đến việc xử lý pre-mMRA thành mRNA sẽ tiếp tục mã hóa các protein bị trục trặc. Bản thân các mRNA bất thường đôi khi cũng là mục tiêu cho sự phân rã mRNA qua trung gian cũng như sự thoái hóa của các pre-mRNA mới sinh. Các tế bào có nguồn gốc từ các bệnh nhân mắc nhiều loại bệnh bao gồm progeria, ung thư vú và xơ nang hiển thị các khiếm khuyết nối RNA. III. MỞ RỘNG VÀ ỨNG DỤNG RNA thông tin (mRNA), có khả năng tạo ra các tế bào sản xuất các protein trị liệu, hứa hẹn cho việc điều trị nhiều loại bệnh. Cho đến nay, trở ngại lớn nhất đối với phương pháp này là cần tìm ra những cách an toàn và hiệu quả để đưa các phân tử mRNA đến các tế bào nhắm đích.RNA thông tin mã hóa các chỉ dẫn di truyền (genetic instructions) kích thích các tế bào tạo ra các protein riêng biệt. Nhiều nhà nghiên cứu đã nghiên cứu phát triển mRNA để điều trị các hội chứng rối loạn di truyền hoặc ung thư bằng cách biến các tế bào của chính bệnh nhân thành các nhà máy sản xuất thuốc. Các nhà khoa học cũng đã phát triển thành công một loại vắc xin thế hệ mới dựa trên vật liệu di truyền RNA và công nghệ nano. Vắc xin này có thể được sản xuất chỉ trong một tuần theo đơn đặt hàng và có khả năng đáp ứng nhanh chóng đối với các dịch bệnh 17 mới nổi hoặc bùng phát đột ngột. Vật liệu di truyền RNA thông tin (mRNA) được thiết kế và tùy biến để mã hóa cho bất kỳ protein vi rút, vi khuẩn hay ký sinh trùng nào. Những phân tử RNA này sau đó được đóng gói dưới dạng hạt nano mang điện tích, cho phép chúng xâm nhập vào tế bào tương tự như cách xâm nhập của vi rút. Dựa trên hoạt động của tế bào, quá trình dịch mã xảy ra và sinh tổng hợp các protein được mã hóa với mầm bệnh đích, các protein này được khuyếch đại lên nhiều lần để kích thích sự đáp ứng miễn dịch đặc hiệu từ vật chủ. C. KẾT LUẬN Như vậy, mRNA là thành phần rất cần thiết và quan trọng trong quá trình tổng hợp protein.RNA thông tin là loại RNA đa dạng nhất vì tế bào có rất nhiều gen mã hóa protein, mỗi gen lại cho ra một loại mRNA, mang bộ ba mã di truyền được tổng hợp trực tiếp từ gen trên DNA trong nhân ra ngoài vùng nhânmRNA có chức năng làm khuôn dịch mã tổng hợp nên chuỗi polypeptide thông qua quá trình phiên mã và dịch mã. Cấu tạo theo nguyên tắc đa phân (polymer) mà mỗi đơn phân (monomer) gọi là ribônuclêôtit được tạo thành từ một phân tử đường ribôzơ (C 5H10O5), một photphat (gốc từ H3PO4) liên kết với một trong bốn loại bazơ: A,U,G,C. RNA thông tin có thể tự tạo ra những protein bị đột biến, gây ra bệnh. Nhờ sự hiểu biết về cấu tạo và tính chất của RNA thông tin, các nhà khoa học đãnghiên cứu và đưa ra những ứng dụng có ý nghĩa to lớn trong y học. Bài luận có sử dụng tài liệu nước ngoài và trong nước.Vì vậy, sẽ không tránh khỏi được những sai sót trong việc diễn đạt câu từ.Rất mong nhận được sự góp ý và thảo luận của cô giáo và các bạn để bài báo cáo được hoàn thiện và kiến thức không bị sai lệch khi tìm hiểu. Em xin chân thành cảm ơn! 18 D. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Wikipedia. 2. Sách giáo khoa sinh học 9. 3. Campbell và cộng sự: "Sinh học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2010. 4. Hoàng Trọng Phán, Di truyền học phân tử (tái bản). Trung tâm ĐTTX Đại học Huế - NXB Giáo Dục, 1997. 5. Phạm Thành Hổ: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 1998. 6. Đỗ Lê Thăng: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2005. 7. Watson, James D. (February 22, 2013). Molecular Biology of the Gene, 7th edition. Pearson Higher Ed USA. . 8. Quaresma AJ, Sievert R, Nickerson JA (April 2013). "Regulation of mRNA export by the PI3 kinase/AKT signal transduction pathway". Molecular Biology of the Cell. 9. https://biologydictionary.net/mrna/ 19