ARN thông tin

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
"Vòng đời" của một ARN thông tin trong tế bào sinh vật nhân chuẩn. ARN được phiên mã trong nhân tế bào; khi hoàn tất quá trình chế biến, ARN thông tin trưởng thành được vận chuyển đến tế bào chấtdịch mã nhờ ribosome. Đến một thời điểm nhất định, ARN thông tin sẽ bị phân huỷ thành các ribonucleotide.

ARN thông tin (tiếng Anhmessenger RNA - gọi tắt: mRNA) là ARN mã hóa và mang thông tin từ ADN (xem quá trình phiên mã) tới vị trí thực hiện tổng hợp protein (xem quá trình dịch mã).

"Vòng đời" một ARN thông tin[sửa | sửa mã nguồn]

Vòng đời của một phân tử ARN thông tin được tính từ khi bắt đầu quá trình phiên mã và kết thúc khi phân tử này bị phân huỷ bởi các RNase. Trong quá trình này, ARN thông tin có thể được chế biến, chỉnh sửa, và được vận chuyển trước khi xảy ra quá trình dịch mã. Những ARN 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.

Phiên mã[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chính: Quá trình phiên mã

Trong quá trình phiên mã, trình tự nucleotide của các gene trên ADN được sao chép lại trên phân tử ARN thông tin nhờ sự hoạt động của ARN polymerase. Quá trình này tương đối giống nhau ở cả tế bào sinh vật nhân sơ và nhân chuẩn. Điều khác biệt đáng chú ý là ở sinh vật nhân chuẩn, ARN polymerase kết hợp với một số enzyme tham gia vào quá trình chế biến ARN thông tin, điều này cho phép quá trình chế biến ARN thông tin có thể diễn ra ngay khi khởi đầu sự phiên mã. Phân tử ARN thông tin mới đầu được tạo thành có tuổi thọ ngắn, chưa được hoặc chỉ mới xử lý một phần được gọi là tiền ARN thông tin (pre-mRNA) đến khi hoàn thành quá trình chế biến thì gọi là ARN thông tin trưởng thành.

Chế biến[sửa | sửa mã nguồn]

Việc chế biến (xử lí) ARN thông tin rất khác nhau giữa sinh vật nhân chuẩn và nhân sơ. ARN 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 ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn đòi hỏi xử lí rất nhiều.

Tạo tiền ARN thông tin ở sinh vật nhân chuẩn[sửa | sửa mã nguồn]

  1. cộng gốc 5' là quá trình ở đó nucleotid guanin thay đổi được cộng vào đầu 5' của tiền ARN thông tin. Quá trình sửa chữa này là quan trọng cho việc phát hiện và đính kèm đúng của ARN thông tin với ribosome. Nó cũng quan trọng với quá trình ghép và vận chuyển.
  2. Vận chuyển - là quá trình ở đó tiền ARN 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 ARN 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 ARN protein phức, được gọi là spliceosome, nhưng các phân tử ARN cũng có khả năng làm chất xúc tác cho chính quá trình vận chuyển của chúng.
  3. Polyadenylation - là liên kết không phân cực (covalent) của một nửa polyadenylyl với một phân tử ARN. Trong các sinh vật nhân chuẩn, polyadenylation là quá trình mà ở đó phần lớn các phân tử ARN thông tin được kết thúc ở các gốc 3' của chúng. Các đầu viện trợ poly(A) trong ARN thông tin ổn định để bảo vệ nó khỏi quá trình exonucleases. Polyadenylation cũng quan trọng với quá trình kết thúc phiên mã, đưa ARN thông tin ra ngoài hạt nhân và dịch mã nó.
  4. Polyadenylation diễn ra trong và sau quá trình phiên mã ADN vào trong ARN. Sau khi quá trình phiên mã kết thúc, vòng ARN thông tin được phân ra nhờ sự hoạt động của một endonuclease phức gắn với ARN polymerase. Vị trí phân rã được xác định bởi sự xuất hiện của các chuỗi AAUAAA gốc gần chỗ phân rã. Sau khi ARN thông tin được tách ra, 80 đến 250 adenosine còn lại được gắn vào các gốc tự do 3' tại vị trí phân rã.
  5. Một chuỗi (khoảng vài trăm) nucleotid loại adenin được cộng vào các đầu 3' của tiền ARN 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 ADN (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.

Sửa chữa[sửa | sửa mã nguồn]

Trong một vài trường hợp, một ARN thông tin sẽ được sửa chữa, thành phần nucleotide của ARN thông tin lúc này được thay đổi. Một ví dụ trong cơ thể người đó là ARN thông tin apolipoprotein B, ở đó nó được sửa chữa ở một vài mô, nhưng không ở các mô khác. Sự sửa chữa làm ngừng sớm mã gen của bộ ba mã hóa, dẫn đến quá trình dịch mã, sản xuất các protein ngắn hơn.

Vận chuyển[sửa | sửa mã nguồn]

Một sự khác biệt khác giữa các sinh vật nhân chuẩn và nhân sơ là ở quá trình vận chuyển ARN thông tin. Do sự phiên mã và dịch mã của các sinh vật nhân chuẩn diễn ra một cách riêng rẽ, các ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn phải được chuyển từ hạt nhân tế bào tới tế bào chất. Các ARN thông tin trưởng thành được phát hiện bởi quá trình sửa chữa của chúng và sau đó được đưa ra thông quá các lỗ chân lông hạt nhân

Dịch mã[sửa | sửa mã nguồn]

Bài chính: Quá trình dịch mã

Do ARN thông tin không nhất thiết phải được chế biến hay vận chuyển, quá trình dịch mã bởi ribosome có thể bắt đầu ngay sau khi quá trình phiên mã được thực hiên. Do vậy, người ta nói rằng quá trình dịch mã ở sinh vật nhân sơ là "kép" với quá trình phiên mã, và diễn ra sự " cùng sao chép".

ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn đã qua quá trình chế biến và vận chuyển tới tế bào chất (ví dụ ARN thông tin trưởng thành) có thể được dịch mã bởi ribosome. Quá trình dịch mã diễn ra tại các ribosomes trôi tự do trong tế bào chất hoặc trực tiếp với túi nội chất bởi các hạt tín hiệu nhận biết. Do vậy, không giống như sinh vật nhân sơ, quá trình dịch mã của sinh vật nhân chuẩn không hoàn toàn song song với quá trình phiên mã.

Phân hủy[sửa | sửa mã nguồn]

Sau một khoảng thời gian nhất định, các ARN 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 ARN thông tin, ARN thông tin của sinh vật nhân chuẩn được tổng hợp một cách ổn định hơn là ARN thông tin của các sinh vật nhân sơ.

Cấu trúc ARN thông tin[sửa | sửa mã nguồn]

Vùng mã hóa[sửa | sửa mã nguồn]

Các vùng mã là tổ hợp của các bộ ba mã hóa (codon), thứ được giải mã và dịch mã vào trong protein bởi ribosome. Các vùng mã bắt đầu với bộ ba đầu và kết thúc bởi một trong ba cuối. Trong quá trình mã hóa protein, các thành phần của các vùng mã hóa vẫn hoạt động như các chuỗi bình thường (xem exonic splicing enhancers, exonic splicing silencers)

Vùng không mã hóa[sửa | sửa mã nguồn]

Có những đoạn của ARN trước và sau khi các chuỗi khởi động và ngừng của nó không tham gia quá trình dịch mã. Các đoạn này tạo bởi các sợi ADN mẫu, nơi mà ARN được sao chép. Những vùng này, được biết với cái tên 5' UTR và 3' UTR (các cùng không dịch mã 5' UTR và 3'UTR, ở đó ADN và ARN chuyển từ gốc 5' đến gốc 3' và nằm ở đuôi của chuỗi ARN) mã hóa cho các chuỗi không có protein. Tuy nhiên, tầm quan trọng của nó lại ở chỗ các chuỗi đuôi 5' UTR3' UTR có thể hấp dẫn với những loại enzyme RNase nhất định, đẩy mạnh hoặc ngăn chặn sự ổn định tương đối của các phân tử ARN. Các UTRs nhấn định có thể cho phép ARN tồn tại lâu hơn trong tế bào chất trước khi phân hủy, dẫn đến việc cho phép chúng sản xuất nhiều protein hơn, trong khi những ARN khác có thể bị phân hủy sớm hơn, dẫn đến vòng đời ngắn hơn và ứng với việc tạo ra số lượng protein ít hơn.

Một vài chức năng cơ sở chứa trong các vùng không mã hóa hình thành một dạng cấu trúc cấp II khi phiên mã vào trong ARN. Những ARN thông tin cấu trúc cơ sở này được gộp vào trong ARN thông tin thông thường. Một số chúng như SECIS cơ sở là mục tiêu để cho các protein kết lại. Một phân loại của ARN thông tin cơ sở, riboswitch, lại trực tiếp liên kết với các phân tử nhỏ, thay đổi sự cuốn gấp của chúng để chỉnh sửa các lớp của phiên mã hay dịch mã. Trong những trường hợp này, ARN thông tin tự chỉnh sửa nó.

ARN thông tin đối mã (anti-sense ARN thông tin)[sửa | sửa mã nguồn]

Đối mã ARN thông tin có thể ngăn chặn quá trình dịch mã các gen trong nhiều sinh vật nhân chuẩn, khi các chuỗi đối mã ARN thông tin gắn với các ARN thông tin của gen. Điều này có nghĩa, một gen không biểu lộ như protein nếu nó hiện lên một đối mã ARN thông tin trong tế bào. Điều này có thể là một cơ chế bảo vệ, để chống lại quá trình dịch chuyển retrotransposon, ở đó sử dụng các ARN mạch kép làm trạng thái trung gian, hoặc virut, bởi vì cả hai đều sử dụng ARN thông tin mẫu kép như một hợp chất trung gian. Trong nghiên cứu hóa sinh, hiệu ứng này đã được sử dụng để nghiên cứu chức năng của gen, đơn giản như việc làm ngừng các gen nghiên cứu bằng việc cho thêm các phiên đối mã ARN thông tin. Các nghiên cứu này đã được thực hiện ở loài giun.

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]