Bài giảng Sinh học phân tử - Chương: Các loại ARN - Nguyễn Thanh Tố Nhi

CÁC LOẠI ARN
Ths. Nguyễn Thanh Tố Nhi
Vì sao ADN mang thông tin di truyền, nhưng không trực tiếp chỉ 
huy quá trình sinh tổng hợp protein?
ADN nhiễm sắc thể chỉ mang một bản sao duy nhất cho mỗi gen
Các gen khác nhau sẽ biểu hiện khác nhau
Việc biểu hiện gen cần đáp ứng các điều kiện môi trường
Cần cơ chế trung gian để khuếch đại và kiểm soát sự
biểu hiện gen theo nhu cầu TB 
KHÁI NIỆM ARN
Là phân tử trung gian trong quá trình biểu hiện gen
Sản phẩm của phiên mã
Được tổng hợp trong nhân (eukaryote), vào TBC
tham gia tổng hợp Protein
ARN C
Á
C
L
O
Ạ
I
A
R
N
ARN
 Mạch đơn polyribonucleotid (trừ ARN 1 số virus)
 Đường ribose (5C), gốc phosphat
Các base nitơ: Adenin, Guanin, Cytosin và Uracil
ARN
4Tham gia cấu tạo ribosom: rARN
Vận chuyển acid amin đến ribosom trong
quá trình sinh tổng hợp protein: tARN
Trung gian truyền thông tin di truyền đến
bộ máy sinh tổng hợp protein: mARN (ARN mã hóa)
Chất xúc tác RNAse P
 ARN tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein
VAI TRÒ ARN
CÁC LOẠI ARN
mRNA – messenger RNA - ARN thông tin
rRNA – ARN ribosom
tRNA – transfer RNA - ARN vận chuyển
Pre-rRNA (tiền rARN): sau khi được cắt nối sẽ thành rARN
hnRNA – tiền mRNA: heterogeneous nuclear RNA - ARN nhân
không đồng nhất
snRNA – small nuclear - ARN nhân nhỏ
scRNA – small cytoplasmic - ARN tế bào chất nhỏ
ARN
CÁC ARN rRNA – ARN ribosom
Chiếm 75% ∑ARN
Là thành phần cấu tạo ribosom
Có 3 loại ribosom, phân biệt dựa vào hệ số lắng (Svedberg):
VK, lục lạp: 70S
Tế bào nhân thật: 80S
Ty thể động vật có vú: 50S
CÁC ARN rRNA – ARN ribosom
Vai trò: cấu tạo nên ribosom: 
Gồm 2 tiểu đơn vị
Có thể tách ra ([Mg2+] giảm)và gắn lại ([Mg2+] tăng) 
tùy [Mg2+]
Tiểu đơn vị: rARN + protein
CÁC ARN
rRNA của tế bào nhân nguyên thủy và tế bào nhân thật
rRNA – ARN ribosom
CÁC ARNrRNA – ARN ribosom
Tế bào Ribosom
Tiểu đơn 
vị
rARN
Protei
n
Nhân
nguyên
thủy
70S
Lớn 50S
23S
5S
31
Nhỏ 30S 16S 21
Nhân
thật
80S
Lớn 60S
28S
5,8S
5S
49
Nhỏ 40S 18S 33
CÁC ARN
Cấu trúc của rARN
Cấu trúc bậc 1: metyl hóa nucleotit, xảy ra sau phiên mã
biến đổi bản sao sơ cấp của rARN
S-Adenosyl Methionin (SAM) + rARN metyl-rARN
rARN TBNNT & các bào quan: metyl hóa ở base khởi đầu (5-
methylcytosin)
rARN TBC TBNT: metyl hóa vị trí 2’-ribose (2’ – O-
methyladenosyl)
Vị trí methyl hóa được bảo tồn
rRNA – ARN ribosom
ARN
methylase
CÁC ARN
Cấu trúc của rARN
rRNA – ARN ribosom
Cấu trúc bậc 2: vai trò trong lắp ráp ribosom, lưu
trữ tốt trong quá trình tiến hóa
8ARN ribosom E.coli
Sự biến đổi
Pre-rARN rARNRNAse III
11
ITS: internal transcribed spacer
ETS: external transcribed sequence
ARN ribosom TBNT 
Sự biến đổi
Gen mã
hóa cho
rARN có
nhiều bản
sao
tRNA – ARN vận chuyển CÁC ARN
Là chất nối trung gian, gắn với aminoacid, mang đến
ribosom gắn với mARN để tổng hợp protein
Mỗi tARN chỉ vận chuyển 1 aminoacid xác định (vì
trên tARN chỉ có 1 vị trí gắn aa)
Mỗi aminoacid được vận chuyển bởi 1 số tARN khác
nhau (codon đồng nghĩa)
tRNA – ARN vận chuyển CÁC ARN
CÂU HỎI:
1 loại tARN có thể mang nhiều loại aa khác nhau?
Mỗi aa được vận chuyển bởi 1 tARN?
Phản ứng chủ yếu trong sinh tổng hợp Protein
Aminoacyl hóa: tARN + aminoacid aminoacyl -
tARN
Formyl hóa tARN mở đầu (Prokaryote)
Gắn những yếu tố nối dài
Gắn ribosom
Nhận diện codon - anticodon
aminoacyl-tARN
synthetase
tRNA – ARN vận chuyển CÁC ARN
Cấu trúc:
Chiều dài: 73 – 93 nucleotit
Gấp cuộn thành cấu trúc
“lá chẻ 3”
Vị trí gắn acid amin: đầu
3’OH - trình tự kết thúc CCA
Vòng anticodon
Vòng DHU: nhận diện
aminoacyl tARN synthetase
Vòng T ψC
tRNA – ARN vận chuyển CÁC ARN
tRNA – ARN vận chuyển CÁC ARN
Sự biến đổi
Có nhiều bản sao của gen tARN trên NST
Được phiên mã thành pre-tARN
pre-tARN tARN RNAse P
Biến đổi base 
mRNA – ARN thông tin CÁC ARN
Mang thông tin quy định trình tự protein đến ribosom
mARN nguyên vẹn của Prokar & Eukar chứa trình tự Nu nhiều
hơn số được dùng để mã hóa Protein
Cấu trúc:
Vùng 5’ không mã
hóa – 5’UTR 
Vùng mã hóa
Vùng 3’ không mã
hóa – 3’UTR
UTR: untranslated region
Thời gian tồn tại ngắn: Prokar: 2’, Eukaryote: 30’ – 24h
UTR: giúp ARN tồn tại lâu hơn trong TBC trước khi bị
thoái hóa tổng hợp nhiều Pro hơn , thúc đẩy dịch
mã hiệu quả hơn
mRNA – ARN thông tin CÁC ARN
Sự biến đổi mARN tế bào nhân thật
Xảy ra sau khi phiên mã hoàn tất
Gắn chóp đầu 5’
Gắn đuôi đầu 3’
Cắt, nối
mRNA – ARN thông tin CÁC ARN
Biến đổi đầu 5’: Giai đoạn gắn chóp
Biến đổi các đầu 5’, 3’ CÁC ARN
Bảo vệ ARN
Vị trí để ribosom nhận diện gắn vào khi dịch mã
Gắn Guanin vào đầu 5’ nhờ E. guanintransferase
CÁC ARN
Chóp 0: ở G7, xảy ra ở tất
cả mARN nhân thật
Chóp 1: ở 2’-OH đường 
ribose của nucleotid đầu tiên, 
xảy ra ở hầu hết mARN 
nhân thật
Chóp 2: ở nucleotid thứ 2, tỉ lệ
10-15%.
Giai đoạn gắn chóp
Phản ứng methyl hóa chóp xảy ra theo 1 trong 3 cách
Đuôi poly A (50 – 250 base ở ĐVCV, 100 base ở NM) gắn vào
pre-mARN có trình tự nhận diện AAUAAA nhờ poly A 
polymerase
 Vai trò: bảo vệ ARN, vận chuyển mARN từ nhân ra TBC, vòng
hóa mARN giúp tái sử dụng ribosom
Biến đổi đầu 3’ – gắn đuôi polyA CÁC ARN
20
Bản sao nguyên thủy giống ADN: gồm intron và exon
 Exon mang mã di truyền của protein
 Intron xen giữa các exon
Cắt nối để loại bỏ intron, nối các exon
Xúc tác bởi ARN (snRNP = protein + snARN)
Nguyên tắc cắt nối pre-mARN: GU - AG
GU luôn tận cùng đầu 5’ của intron: vị trí cho
AG luôn tận cùng đầu 3’ của intron: vị trí nhận
Vị trí nhánh UACUAAC ở nấm men hay 1 trình tự chung
ít bảo tồn ở intron của ĐV có vú
Quá trình cắt, nối
21
Quá trình cắt, nối CÁC ARN
 Nhân nguyên thủy:
 mARN là polycistron
 Dịch mã xảy ra ngay khi
đang phiên mã
 mARN có tuổi đời ngắn 
(2 phút)
 Hầu như không bị biến đổi
 Nhân thật
 mARN là monocistron
 Dịch mã xảy ra sau khi
phiên mã hoàn tất
 mARN có tuổi đời dài (30
phút - 24 giờ)
 Pre-mARN bị biến đổi:
· Gắn chóp
· Gắn đuôi
· Cắt nối
So sánh mARN TBNT & TBNNT CÁC ARN
mARN ngược CÁC ARN
Trình tự bổ sung với trình tự mARN
Ngăn cản dịch mã
ADN ARN PROTEIN
mARN ngược
CÁC ARNCác snARN & các scARN
Ở tế bào nhân thật
Phức hợp với các Pro đặc hiệu tạo nên các hạt
ribonucleoprotein (RNP): snRNP, scRNP, dài ≈ 90 – 300 Nu
Spliceosom: các snRNP, biến đổi pre-mRNA thành mARN
7 loại snRNP U1 – U7.U1, U2 : sửa đổi hnARN thành mARN
hoàn chỉnh, U3: sửa đổi pre-rARN thành rARN TBC.
ARN có khả năng xúc tác: ribozym
CÁC ARNCác snRNA & các scARN
scRNP liên quan đến việc xử lý tín hiệu xuất và xuất
protein vào lưới nội chất
SỰ PHIÊN MÃ & MÃ DI TRUYỀN
5'
3'
5'3'
mRNA
5'mRNA 3' 5'mRNA 3' 5'mRNA 3'
3' DNA
5' DNA
5'-GTCACCCATGGAGG-3' Sợi không phiên mã 
3'-CAGTGGGTACCTCC-5' Sợi phiên mã (khuôn)
5'-GUCACCCAUGGAGG-3' mRNA
SỰ PHIÊN MÃ Nguyên tắc chung
Đa số chỉ 1 trong 2 mạch ADN được phiên mã: 
phiên mã bất đối xứng
ARN polymerase phụ thuộc ADN bám vào ADN làm
tách mạch, di chuyển theo hướng 3’ – 5’ trên ADN, 
ARN được tổng hợp theo hướng 5’ 3’ 
Không cần mồi
Cơ chất: ribonucleotide-5’triphosphate ATP, GTP, CTP, UTP
Co-factor: Mg2+ hoặc Mn2+
 ARN polymerase không có hoạt tính sửa sai (tuổi thọ ARN
ngắn, nếu PM sai không di truyền được)
SỰ PHIÊN MÃ Nguyên tắc chung
Đặc điểm phiên mã ở tế bào nhân nguyên thủy
 Chỉ một loại ARN polymerase tổng hợp tất cả các
loại ARN.
 mARN thường chứa thông tin nhiều gen nối tiếp
nhau (polycistron mARN).
 Phiên mã và dịch mã xảy ra đồng thời.
ARN polymerase của E.coli
Toàn bộ enzym đgl
holoenzym chứa các tiểu đơn vị
α2ββ’σ
σ: nhận diện, định hướng vào
promoter, được tách ra thuận
nghịch từ holoenzym
ααββ’σ ααββ’ + σ
PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ 
Kéo dài chuỗi ARN
Nhận diện, gắn vào
promoter, khởi động PM
Promoter: trình tự /ADN khởi động phiên mã
Vùng -10: Hộp Pribnow, hộp TATA (TATAAT)
Vùng -35: TTGACA, gắn khởi đầu ARN polymerase
Vị trí bắt đầu PM (+1): 1 base purin thuộc trình tự TAC
PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ 
Promoter
Promoter - 35 - 10
Điểm xuất
phát
Consensus
lac P
Gal P1 (ức chế đồng
hoá)
Gal P2 (ức chế dị hoá)
AraC
AraBAD
Trp
TTGACA
TTTACA18 bp
GTCAC 16
CTGACA 17
CTGACG 18
TTGACA 17
TATAAT
TATGTT
TATGGT
TATGCT
TGTCA
T
TACTG
T
TTAACT
 6 bp
 A
6 A
6 A
6 G
8 A
7 A
Sai lệch nhỏ so với trình tự chung
Kiểm soát tần suất khởi động phiên mã 
Yếu tố điều hòa phiên mã chính ở vi khuẩn
PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ 
Khởi đầu
PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ 
Holoenzyme ARN
polymerase (yếu tố σ) 
gắn vào promoter phức
hợp khởi động đóng
Phức hợp đóng bị cắt liên
kết hydro phức hợp mở
tạo bong bóng phiên mã.
ARN pol chỉ bắt đầu tổng hợp mARN từ vị trí +1 có base thuộc
trình tự TAC sau chỗ bám về phía đầu 5’
Nối dài chuỗi ARN
NTP đầu tiên được kết nối, 
hình thành cặp base tại +1
ARN di chuyển dọc ADN theo
chiều 3’ 5’, kéo dài mạch
ARN do hình thành liên kết
phosphodiester giữa Nu mới và
mạch đang được tổng hợp
Kết dính được 12 Nu vào
chuỗi σ tách ra, đầu 5’ 
mARN tách khỏi ADN
PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ 
Kết thúc
Độc lập yếu tố ρ
Điểm kết thúc (terminator): Trình tự giàu
GC/ADN (đối xứng 2 bên, kèm thêm 5 – 6 Adenin)
PHIÊN MÃ Ở TBNNT 
Liên kết yếu giữa oligoA-oligoU
giúp ARN tách khỏi ADN
•Trình tự kết thúc /ADN được phiên mã
 Tạo cấu trúc kẹp tóc
Kết thúc
Độc lập yếu tố ρ
PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ 
Cần nút kẹp tóc, không cần oligo A /ADN
ρ là 1 protein gồm 6 tiểu đơn vị giống
nhau, ái lực cao với ARN
Nhận diện trình tự giàu C, nghèo G
ρ gắn vào ARN, dùng hoạt tính helicase
(thủy giải ATP) tách ARN ra khỏi ADN
Kết thúc
Phụ thuộc yếu tố ρ
PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ 
PHIÊN MÃ Ở TBNNT SỰ PHIÊN MÃ 
PHIÊN MÃ TB NHÂN THẬT
 Xảy ra trong nhân
 Nhiều loại enzym ARN polymerase
 Cơ chế tương tự TB nhân nguyên thủy nhưng phức
tạp hơn: Bản phiên mã đầu tiên pre-ARN phải qua 
biến đổi dịch mã
Loại Vị trí Phiên mã
ARN polymerase I Nhân con rARN
ARN polymerase II Dịch nhân mARN
ARN polymerase III Dịch nhân tARN, 5S rARN, snARN, scARN
Phiên mã do ARN polymerase II
ARN pol không trực tiếp gắn vào promoter
Các yếu tố phiên mã nhận diện promoter khởi động
phiên mã ARN pol gắn vào vị trí xuất phát
mARN chứa thông tin của 1 gen (monocistron)
Phiên mã hoàn tất biến đổi mARN dịch mã
PHIÊN MÃ Ở TBNT SỰ PHIÊN MÃ 
Phiên mã do ARN pol II
Promoter
Hộp TATA (hộp Goldberg-Hogness): TATAAT, vị trí -25, 
định hướng cho ARN polymerase bắt đầu phiên mã
Hộp CAAT: GGCAATCT, vị trí -80
Hộp GC: GGGCCGGG, vị trí thay đổi
PHIÊN MÃ Ở TBNT SỰ PHIÊN MÃ 
Biến đổi sau phiên mã
PHIÊN MÃ Ở TBNT SỰ PHIÊN MÃ 
Phiên mã do ARN pol II
Sau phiên mã pre-mARN (hn ARN không đồng nhất)
 Gắn chóp đầu 5’ (CAP) là 7-methylguanosine
 Đuôi polyadenin dài 100-200 nucleotid đầu 3’
 Cắt nối: loại intron, nối exon
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
Chỉ có một sợi ADN làm khuôn mẫu
Điểm kết thúc được xác định trước
PHIÊN MÃ – SAO CHÉP SỰ PHIÊN MÃ 
PHIÊN MÃ NGƯỢC Ở RETROVIRUS 
Vật liệu di truyền: ARN mạch đơn(vd: HIV)
Tổng hợp ADN từ ARN khuôn: enzym phiên mã ngược
(reversetranscriptase)
Cần mồi: tARN tế bào chủ, gắn vào 3’-retrovirus 
Tạo chuỗi lai ARN-ADN
RNAse H hủy ARN virus 
Tổng hợp chuỗi kép ADN, tích hợp vào ADN ký chủ
SỰ PHIÊN MÃ 
PHIÊN MÃ NGƯỢC Ở RETROVIRUS SỰ PHIÊN MÃ 
MÃ DI TRUYỀN
Codon = đơn vị mã hóa: 3 nucleotid kế tiếp nhau
Codon vô nghĩa (không mã hóa cho aa) = codon kết thúc: 
UAA, UAG, UGA
Codon đồng nghĩa: mã hóa cho cùng 1 aa
Tính suy thoái: 1 aa có nhiều codon mã hóa, trừ methionin & 
tryptophan
1 codon chỉ mã hóa cho 1 loại aa
Tính phổ biến cho tất cả SV
MÃ DI TRUYỀN
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 mARN ở eukaryote
 Chỉ xảy ra với tARN và rARN ở vi khuẩn
 Cần thiết để ARN có chức năng đúng