Nếu như Phiên mã là một tri thức khó tiếp thu trong môn sinh vật học, thì dịch mã cũng khó nhằn không kém. Để củng cố, nâng cao tri thức và chuẩn bị sẵn sàng hành trang vững chắc cho những em đi vào kì thi quan trọng, nội dung bài viết tại đây sẽ khối hệ thống hóa lại tri thức về phần dịch mã. Rất hi vọng nội dung bài viết sẽ là cơ sở để các em tập tành, đi vào kì thi đạt kết quả rất chất lượng.
1. Dịch mã là gì?
Dịch mã hay còn mang tên gọi khác là giải thuật là quá trình chuyển từ mã di truyền chứa trong phân tử mARN thành trình tự các axit amin trong chuỗi polipeptit của phân tử protein, quá trình này diễn ra ở tế bào chất. Qúa trình này gồm 2 thời đoạn: tổng hợp chuỗi polipeptit và hoạt hóa axit amin.
Thành phần tham gia vào quá trình này gồm có:
Thứ nhất, Mạch khuôn mARN mang thông tin mã hóa axit amin (a.a)
Thứ hai, Vật liệu gồm 20 loại a.a tham gia vào quá tình tổng hợp chuỗi polipeptit.
Thứ ba, tARN và riboxom hoàn chỉnh (tiểu phần bé, tiểu phần lớn liên kết với nhau).
Thứ tư, Các loại enzyme hình thành liên kết gắn a.a với nhau và a.a với tARN.
2. Dịch mã diễn ra ở đâu?
Quá trình dịch mã được diễn ra ở tế bào chất. So với sinh vật nhân thực, khi kết thúc quá trình phiên mã hình thành nên phân tử mARN xẩy ra trong nhân tế bào, mARN mới tạo thành phải trải qua quá trình cắt intron và nối exon để tạo thành mARN trưởng thành. Khi mARN trưởng thành chui qua các lỗ nhân trên màng nhân ra ngoài tế bào chất và mở màn quá trình dịch mã ở đây.
3. Diễn biến của quá trình dịch mã:
3.1. Thời đoạn hoạt hóa axit amin:
Dưới tác động của một số enzim, các a.a tự do trong môi trường thiên nhiên nội bào được hoạt hoá nhờ gắn với hợp chất ATP
aa + ATP → aa hoạt hoá
Nhờ tác dụng của enzim đặc hiệu, a.a được hoạt hoá liên kết với tARN tương ứng→ phức hợp a.a – tARN.
aa hoạt hoá + tARN → Phức hợp aa – tARN
3.2. Thời đoạn tổng hợp chuỗi polipepetit:
Mở đầu:
Tiểu đơn vị bé của ribôxôm xúc tiếp với mARN ở vị trí nhận diện đặc hiệu.
tARN mang axit amin mở đầu (metionin ở sinh vật nhân thực hoặc foocmin metionin ở sinh vật nhân sơ) tiến vào côđon mở đầu (mã mở đầu AUG). tARN có bộ ba đối mã (anticôđôn) khớp được với mã mở đầu (cođon mở đầu AUG) theo nguyên tắc bổ sung.
Tiểu đơn vị lớn của ribôxôm phối hợp vào tạo thành ribôxôm hoàn chỉnh.
Lê dài:
Phức hợp aa1 – tARN vào ribôxôm khớp bổ sung đối mã với côđon tiếp sau mã mở đầu trên mARN, 1 liên kết peptit được hình thành giữa aa mở đầu và aa1.
Ribôxôm dịch chuyển qua côđon tiếp theo, tARN mở đầu rời khỏi ribôxôm, phức hợp aa2 – tARN vào ribôxôm khớp bổ sung đối mã với côđon đó, 1 liên kết peptit nữa được hình thành giữa aa1 và aa2.
Quá trình cứ tiếp diễn như vậy cho tới lúc ribôxôm xúc tiếp với mã kết thúc (UGA, UAG hay UAA).
Kết thúc:
Khi ribôxôm xúc tiếp với mã kết thúc (một trong 3 bộ kết thúc UAA, UAG, UGA) thì quá trình dịch mã hoàn thành.
Hai tiểu phần của riboxom tách nhau ra.
Chuỗi polipeptit được phóng thích, axit amin mở đầu được cắt ngay khỏi chuỗi polipeptit vừa mới được tổng hợp nhờ enzim đặc hiệu.
Kết quả quá trình Dịch mã
– Từ một phân tử mARN trưởng thành có một riboxom trượt qua sẽ tạo thành một chuỗi polipeptit cấu trúc bậc 1 hoàn chỉnh.
– Chuỗi polipeptit sau lúc được tổng hợp thì tiếp tục chuyển đổi để hình thành các cấu trúc bậc 2, 3, 4 để thực hiện các chức năng sinh vật học.
4. Kết quả của quá trình dịch mã:
Từ trình tự sắp xếp các nucleotit trên mARN được chuyển đổi thành trình tự sắp xếp các aa trong chuỗi polipeptit. Từ thông tin di truyền trong axit nucleotit được biểu hiện thành các tính trạng biểu hiện ở bên phía ngoài kiểu hình.
5. Một số bài tập vận dụng:
Câu 1: So sánh quá trình phiên mã và quá trình dịch mã:
Giống nhau
Những điểm giống nhau cơ bản của 2 cơ chế phiên mã và dịch mã gồm có:
– Phiên mã và dịch mã đều tham gia vào quá trình biểu hiện gen.
– Cả hai cơ chế đều liên quan đến mRNA.
– Các nucleotit luôn lắp ráp theo nguyên tắc bổ sung.
– Cả phiên mã và dịch mã đều diễn ra trong tế bào chất khi đối chiếu với sinh vật nhân sơ.
– Cả hai quá trình đều đóng vai trò quan trọng như nhau để tạo ra protein trong thân thể sống.
Khác nhau
– Phiên mã là bước trước tiên của quá trình biểu hiện gen, được mã hóa trong khuôn mẫu ADN thành trình tự mRNA. Trong lúc đó, dịch mã là bước thứ hai của quá trình này, tạo ra một protein chức năng từ thông tin di truyền được mã hóa trong trình tự mRNA.
– Ở sinh vật nhân thực: Quá trình phiên mã xẩy ra bên trong nhân còn quá trình dịch mã xẩy ra ở tế bào chất của ribôxôm.
– Trong quá trình sử dụng, phiên mã sử dụng khuôn mẫu DNA còn dịch mã sử dụng khuôn mẫu mRNA.
– Vật liệu chính của quá trình phiên mã là các ribonucleotit và vật liệu chính của quá trình dịch mã là các axit amin.
Câu 2: Ở vi trùng E.coli, alen M bị đột biến điểm thành alen m.
a. Hãy so sánh chiều dài của alen m với chiều dài của alen m.
b. So sánh số nuclêôtit mỗi loại của alen M với số nuclêôtit mỗi loại của alen m.
c. Hãy so sánh cấu trúc của chuỗi pôlipeptit do alen m quy định với cấu trúc của chuỗi pôlipeptit do alen M quy định tổng hợp.
Hướng dẫn giải:
a. Khi so sánh chiều dài thì có nhiều khả năng xẩy ra:
– Nếu là đột biến dạng thay thế cặp nuclêôtit này bằng cặp nuclêôtit khác thì chiều dài không thay đổi.
– Nếu là đột biến mất cặp nuclêôtit thì alen m sẽ sở hữu chiều dài giảm đi 3,4 Ao.
– Nếu là đột biến thêm cặp nuclêôtit thì alen m sẽ sở hữu chiều dài tăng thêm 3,4 Ao.
b. Số nuclêôtit mỗi loại thì cũng luôn tồn tại nhiều khả năng khác nhau.
– Nếu là đột biến làm thay thế cặp A-T thành cặp thành cặp T- A hoặc cặp G-X thành cặp X- G thì số nuclêôtit mỗi loại không bị thay đổi.
– Nếu là đột biến làm thay thế cặp A-T thành cặp G-X thì sẽ làm giảm 1A, 1T và tăng 1G, 1X.
– Nếu là đột biến mất cặp A-T thì sẽ làm giảm 1A, 1T còn G và X thì không thay đổi…
c. Cấu trúc của chuỗi pôlipeptit phụ thuộc vào trình tự các bộ ba ở trên mARN. Do đó, có nhiều khả năng xẩy ra.
Khả năng 1: Đột biến thay thế một cặp nuclêôtit làm thay đổi một bộ ba nhưng cùng mã hóa axit amin giống bộ ba thuở đầu. Nếu như vậy thì không làm thay đổi axit amin.
Khẳ năng 2: Đột biến thay thế một cặp nuclêôtit làm thay đổi một bộ ba và bộ ba mới này mã hóa axit amin khác với axit amin do bộ ba thuở đầu mã hóa thì cấu trúc của chuỗi pôlipeptit sẽ bị đổi 1 axit amin.
Khả năng 3: Đột biến thay thế một cặp nuclêôtit làm thay đổi một bộ ba và trở thành bộ ba kết thúc sớm thì sẽ làm mất đi nhiều axit amin.
Khả năng 4: Đột biến mất hoặc thêm một cặp nuclêôtit thì sẽ làm thay đổi toàn bộ các bộ ba từ vị trí đột biến cho tới cuối gen. Nếu như vậy sẽ làm thay đổi nhiều axit amin.
Câu 3: Cho thấy 6 bộ ba 5’UXU3’; 5’UXX3’; 5’UXA3’; 5’UXG3’; 5’AGU3’; 5’AGX3’ quy định tổng hợp axit amin Ser; 4 bộ ba 5’AXU3’; 5’AXX3’; 5’AXA3’; 5’AXG3’ quy định Thr. Một đột biến điểm xẩy ra ở giữa alen làm cho alen A thành alen a, trong đó chuỗi mARN của alen a bị thay đổi cấu trúc ở một bộ ba dẫn tới axit amin Thr được thay bằng axit amin Ser.
a. Hãy so sánh chiều dài của alen a với chiều dài của alen A.
b. Dự đoán loại đột biến đã làm cho alen A thành alen a.
c. Khi cặp gen Aa nhân đôi 1 lần thì số nuclêôtit mà môi trường thiên nhiên cung cấp cho alen a sẽ thay đổi thế nào so với số nuclêôtit mà môi trường thiên nhiên cung cấp cho alen A nhân đôi?
d. Cặp gen Aa cùng phiên mã 1 lần thì số nuclêôtit mà môi trường thiên nhiên cung cấp cho quá trình phiên mã của mỗi alen có khác nhau không?
Hướng dẫn giải
a. Đột biến lăn tay liên quan tới một cặp nuclêôtit. Đột biến này chỉ làm thay đổi một bộ ba → Đây là đột biến thay thế một cặp nuclêôtit này bằng một cặp nuclêôtit khác. → Hai alen này còn có chiều dài bằng nhau.
b. Đột biến làm cho axi amin Thr được thay thế bằng axit amin Ser. → nuclêôtit loại U ở trên mARN được thay bằng nuclêôtit loại A trên mARN. → Đột biến đã làm thay thế cặp A-T thành cặp T-A.
c. Vì thay cặp A-T bằng cặp T-A cho nên số nuclêôtit mỗi loại của alen a bằng số nuclêôtit mỗi loại của alen A. → Khi cặp Alen Aa nhân đôi thì số nuclêôtit mà môi trường thiên nhiên cung cấp cho alen A đúng bằng số nuclêôtit mà môi trường thiên nhiên cung cấp cho alen a.
d. Vì đột biến thay thế cặp A-T thành cặp T-A nên lúc phiên mã thì số nuclêôtit mà môi trường thiên nhiên cung cấp cho alen a sẽ giảm 1 U và tăng thêm một A so với alen A.
