Gen phân mảnhgen có trình tự mã hóa không liên tục, trong vùng mã hoá của nó có các đoạn êxôn mã hóa axit amin xen kẽ với các đoạn intrôn không có mã.[1][2][3] Đây là thuật ngữ thuộc lĩnh vực sinh học phân tử, trong tiếng Anhinterrupted gene hoặc split gene, đã được dịch ra tiếng Việt là "gen phân mảnh" hoặc "gen gián đoạn".[4][5] Loại gen này phổ biến trong bộ gen của sinh vật nhân thực; ngược lại chưa phát hiện được ở sinh vật nhân sơ,[4][5][6] hoặc mới chỉ tìm thấy ở một số ít vi khuẩn.

Trong gen cấu trúc của sinh vật nhân thực, vùng mã hoá có những "mảnh" mang thông tin mã hoá axit amin gọi là êxôn (màu đỏ) xen kẽ với những "mảnh" không chứa thông tin về axit amin gọi là intrôn (hồng). Do đó, nó là gen phân mảnh, mang mã di truyền gián đoạn.

Tổng quanSửa đổi

Cho đến nay, người ta đã phát hiện ra gen nói riêng hay ADN nói chung gồm ba loại "mảnh":

  • (1) Các "mảnh" êxôn mang thông tin mã hóa axit amin và do đó có biểu hiện gen;
  • (2) Các "mảnh" intrôn không có mã di truyền, nằm xen kẽ với các đoạn êxôn;
  • (3) Các "mảnh" không có mã di truyền, nằm ngoài vùng mã hóa (không xen kẽ với êxônintrôn) có chức năng điều hòa và cấu trúc, gọi là những đoạn liên quan.

Ở các sinh vật nhân thực đã được nghiên cứu: loại (1) chiếm trung bình ngót 2%, loại (2) chiếm khoảng 24% còn loại (3) chiếm gần 75%. Chẳng hạn bộ gen của người có 26.564 gen (dự án bộ gen người xây dựng tháng 10 năm 2003) thì chứa 233.785 exon và 207.344 intron. Vậy tính chung thì có 8,8 exon và 7,8 intron trên mỗi gen, còn lại là các "mảnh" dùng làm chỗ bám cho enzim nhân đôi, enzym phiên mã, để điều hòa và tạo cấu trúc với histon trong nhiễm sắc thể.[7] Đây là kết quả của quá tiến hóa lâu dài trong lịch sử sinh giới.[8][9]

Lược sửSửa đổi

 
Các vùng của một gen cấu trúc ở vi khuẩn không có intrôn.
  • Từ những năm 1960 - 1970, đã có nhiều nghiên cứu về gen, giúp khoa học hiểu được mỗi gen mã hóa prôtein có ba vùng là: vùng điều hòa, vùng mã hóa và vùng kết thúc (xem hình bên).
  1. Vùng điều hòa ở đầu 3’ của mạch gốc (cũng là đầu 5' ở mạch bổ sung) có 2 đoạn chính:
    1. Đoạn khởi động phiên mã (promotor) là nơi ARN pôlymêraza nhận biết và liên kết để khởi động phiên mã. Nó có trình tự nuclêôtit phù hợp theo nguyên tắc bổ sung với đoạn nhận biết của ARN pôlymeraza tương ứng.
    2. Đoạn điều hòa phiên mã có trình tự nuclêôtit đặc hiệu để prôtêin điều hòa bám vào khi cần bất hoạt gen này.
  2. Vùng mã hoá mang thông tin về axit amin. Đó là chuỗi pôlynuclêôtit mang dãy các bộ ba mã di truyền. Tế bào nhân sơ có vùng mã hóa liên tục, nên gọi là gen không phân mảnh; còn tế bào nhân thực có vùng mã hóa không liên tục: gồm các đoạn intrôn không có mã xen kẽ với các đoạn êxôn có mã, nên gọi là gen phân mảnh, trong đó các bộ ba mã di truyền nằm gián đoạn do bị các intrôn xen vào.
  3. Vùng kết thúc ở đầu 5’ của mạch gốc (cũng là đầu 3' ở mạch bổ sung) mang tín hiệu chấm dứt phiên mã.
  • Mô hình trên đã được chứng minh ở nhiều loài vi khuẩn. Do đó, người ta tưởng các loài nhân thực cũng như vậy. Tuy nhiên, một số thí nghiệm tiến hành vào những năm cuối của thập niên 1970 lại cho kết quả khác.

- Nhà hóa sinh học Pháp Pierre Chambon và cộng sự mô tả vào năm 1977 rằng gen ovalbumin của gà mã hóa cho protein ovalbumin gồm 386 axit amin, nhưng ARN của nó lại ngắn hơn đáng kể so với gen tương ứng. Bởi thế đã xuất hiện giả thuyết "gen khảm", nghĩa là một gen có thể bị "khảm" những đoạn không phải là gen.

- Các thí nghiệm của Richard J. RobertsPhillip A. Sharp cũng như của Walter Gilbert cho nhận xét tương tự. Đặc biệt là khi áp dụng kĩ thuật lai axit nuclêic, các nhà nghiên cứu nhận thấy khi lai đoạn mạch đơn ADN gốc với chính mạch ARN do nó sinh ra, thì thu được mạch kép lai khá hoàn hảo, nhưng lại có vòng (loop) lồi lên giữa hai mạch đã liên kết.[10] Điều này có nghĩa là gen dài hơn ARN của nó và đoạn dài hơn có thể đã bị cắt bỏ, tạo thành các đoạn ADN rác.

  • Những thành tựu nghiên cứu tiếp theo của Richard J. Roberts, Phillip A. SharpWalter Gilbert vào năm 1978 đã phát hiện ra êxôn, intrôn và tên "gen phân mảnh" xuất xứ từ đó. Cùng với các thành tựu khác, những nhà khoa học này đều đã nhận giải thưởng Nobel năm 1980.[11]
  • Sau này, người ta đã phát hiện các loài sinh vật nhân thực ở bậc thấp, nhưng cũng có gen phân mảnh. Ngoài ra, người ta còn phát hiện quá trình tổng hợp tARN cũng đòi hỏi chế biến như xử lý mARN, nghĩa là nó cũng bị cắt bỏ những trình tự nuclêôtit nhất định, sau đó là thắt và nối. Nghĩa là gen gián đoạn không chỉ có ở gen cấu trúc tổng hợp mARN, mà còn có ở gen tARN và các loại khác.
 
Gen liên tục và gen phân mảnh. (A) Một gen liên tục sẽ được phiên mã liên tục và bản phiên (mARN) được sử dụng ngay. (B) Ngược lại, gen gián đoạn tạo ra bản phiên cần xử lý, kích thước giảm nhiều.

Ý nghĩaSửa đổi

 
Một số giai đoạn chính ở tế bào nhân thực: 1 = phiên mã, 2 = biến đổi sau phiên mã, 3 = xuất khẩu ARN, 4 = dịch mã, 5 = nâng cấp cấu trúc bản dịch, 6 = biến đổi sau dịch mã.

Các đoạn intrôn trong gen phân mảnh không mang chuỗi bộ ba mã di truyền, là thừa về mặt thông tin, nhưng lại cần thiết cho cấu trúc của ADN trong nhiễm sắc thể, góp phần bảo vệ, lưu giữ thông tin di truyền.

Vì có những "mảnh" thừa này, nên việc cắt bỏ chúng là cần thiết để giúp khuôn phiên mã là ARN trưởng thành gọn hơn rất nhiều. Đó là biến đổi sau phiên mã (Post-transcriptional modification) hay xử lý ARN.

Sau khi tạo ra protein, thì bản dịch mã này lại có thể biến đổi nữa. Đó là biến đổi sau dịch mã (Post-translational modification) để tạo ra sản phẩm khác, thường là những phức hợp có chức năng đặc biệt, như quá trình Palmitôlêyô hoá protein.

Xem thêmSửa đổi

Tham khảoSửa đổi

"Đầy đủ về gen phân mảnh" ở http://samples.jbpub.com/9781449644796/12658_PDFx_CH04_Krebs.pdf

Nguồn trích dẫnSửa đổi

  1. ^ “interrupted gene”.
  2. ^ Phạm Thành Hổ: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 1998.
  3. ^ Đỗ Lê Thăng: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2005.
  4. ^ a ă â Campbell và cộng sự: "Sinh học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2010.
  5. ^ a ă â "Sinh học 12" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2019.
  6. ^ “Split gene”.
  7. ^ Meena Kishore Sakharkar, Vincent T K Chow & Pandjassarame Kangueane. “Distributions of exons and introns in the human genome”.
  8. ^ Benjamin Lewin. “STRUCTURE AND EVOLUTION OF INTERRUPTED GENES”.
  9. ^ “10. How did interrupted genes evolve?”.
  10. ^ “The interrupted gene” (PDF).
  11. ^ https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1993/press.html
  12. ^ Ward, AJ; Cooper, TA (tháng 1 năm 2010). “The pathobiology of splicing”. J. Pathol. 220: 152–63. doi:10.1002/path.2649. PMC 2855871. PMID 19918805.