Khung đọc mã là thuật ngữ trong sinh học phân tử, dùng để chỉ phạm vi tham chiếu của phức hợp dịch mã trên chuỗi pôlinuclêôtit của phân tử axit nuclêic (thường là mARN), sao cho thành một tập hợp những bộ ba (côđôn) liên tục, không chồng gối nhau.[1][2][3] Nói cách khác, khung đọc là cách phân chia chuỗi pôlinuclêôtit trong phân tử axit nucleic thành một tập hợp các bộ ba liên tiếp, không chồng chéo, để từ đó hình thành chuỗi pôliprtit là sản phẩm quá trình dịch mã.

Hình 1: Minh hoạ các kiểu tham chiếu có thể có của khung đọc:
1) AGG·TGA·CAC·CGC·AAG·CCT·TAT·ATT·AGC 2) A·GGT·GAC·ACC·GCA·AGC·CTT·ATA·TTA·GC 3) AG·GTG·ACA·CCG·CAA·GCC·TTA·TAT·TAG·C

Thuật ngữ này ở tiếng Anh là "reading frame", ở tiếng Pháp là "cadre de lecture", ở tiếng Đức là "leseraster" đều được dịch là "khung đọc", đều dùng với nội hàm tương tự trên, để chỉ tập hợp côđôn nào "lọt" vào khung, mà từ đó được phức hợp có thể dịch thành axit amin. Trong hầu hết các tài liệu ở Việt Nam có nhắc đến thuật ngữ này, ở ngữ cảnh xác định, thì đều gọi tắt là khung đọc. Trong trường hợp viết tắt như vậy, cần phân biệt khái niệm này với khái niệm khung đọc (reading pane) ở lĩnh vực tin học (Windows Live Hotmail).

Ví dụSửa đổi

Sơ đồ trong hình 1 minh hoạ ba kiểu khung đọc, tính theo chiều 5' - 3' của gen.

  1. Nếu khung bắt đầu "đọc" từ nuclêôtit đầu tiên trong chuỗi, thì côđôn đầu tiên "lọt" vào khung là AGG, sau đó là các côđôn kế tiếp (màu lơ).
  2. Nếu khung bắt đầu "đọc" từ nuclêôtit thứ hai (bỏ A ở vị trí đầu tiên) trong chuỗi, thì côđôn đầu tiên "lọt" vào khung là GGT, sau đó là các côđôn kế tiếp (màu đỏ).
  3. Nếu khung bắt đầu "đọc" từ nuclêôtit thứ ba (bỏ AG ở phía đầu 5') trong chuỗi, thì côđôn đầu tiên "lọt" vào khung lại là GTG, sau đó là các côđôn kế tiếp (màu lục).

Kết quả là tạo ra các sản phẩm khác nhau.[4][5]

Cách đọc mãSửa đổi

 
Hình 2: Sáu cách đọc khác nhau từ cùng một đoạn ADN cho ra kết quả khác nhau.
  • ADN mã hóa 20 loại axit amin chủ yếu và thường gặp nhất bằng 61 bộ ba mã hoá và ba bộ ba kết thúc dịch mã. Về mặt lí thuyết, bất kỳ chuỗi ADN nào cũng có thể được đọc theo 6 cách khác nhau: 3 khung đọc theo một hướng (như ở ví dụ trên) và 3 khung đọc theo hướng ngược lại, từ đó tạo ra 6 chuỗi pôlipeptit có trình tự axit amin khác hẳn nhau (xem hình 2).
  • Tuy nhiên, ở hầu hết các loài sinh vật đã được nghiên cứu, thì khi phiên mã (tổng hợp phân tử ARN), enzim ARN pôlimêraza đọc mạch gen khuôn mẫu theo hướng 3 '→ 5', nên ARN được hình thành theo hướng 5 '→ 3'.[6][7][8] Do đó, khi mARN (ARN thông tin) làm khuôn dịch mã, thì chỉ được đọc theo một chiều (theo hướng 5 '→ 3'), nên chỉ chứa tối đa ba khung đọc có thể có. Trong 3 kiểu đọc này chỉ có một khung đọc được dịch để tạo nên sản phẩm là chuỗi pôlipeptit. Bởi vậy có tác giả còn gọi khung đọc là một tập hợp nhiều bộ ba mã hoá, liên tiếp nhau, cung cấp mã cho một chuỗi axit amin.[9]

Khung đọc mởSửa đổi

 
Hình 3: Khung III là khung đọc mở.

Trong 6 cách tham chiếu ở cùng một chuỗi pôlinuclêôtit như trên, thì chỉ có thể có một cách tham chiếu dẫn đến kết quả tạo ra chuỗi pôlipeptit, nếu tham chiếu đó bắt đầu từ côđon 5' AUG 3' và kết thúc bằng côđon 5' UAA 3', hay 5' UAG 3' hoặc 5' UGA 3'.[10]

Giả sử có chuỗi pôlinuclêôtit trên phân tử mARN với trình tự là: 5' UCAUGAUCUCGUAAGA 3' , được đọc theo chiều 5'→3' (hình 3). Có ba cách đọc mã, do đó có ba khung đọc như sau.

  • Nếu tham chiếu (đọc) từ nuclêôtit số 1 thì được khung đọc I, với kết quả trên lí thuyết là chỉ có một axit amin là Ser (Xê-rin).
  • Nếu tham chiếu (đọc) từ nuclêôtit số 2 thì được khung đọc II, với kết quả trên lí thuyết là His-Asp-Leu-Val-Arg (Histiđin-Asparagin-Lơxin-Valin-Acginin).
  • Nhưng hai kết quả trên không thu được trong thực tế, bởi vì "phức hợp dịch mã" không thể "hiểu" nó cần khởi đầu từ đâu và phải kết thúc chỗ nào. Chỉ có khung III bắt đầu tham chiếu từ bộ ba mở đầu (start codon) mã hoá Met (mêtiônin) và có mã dừng (stop codon) mới cho dịch mã có kết quả. Khung III được gọi là khung đọc mở (open reading frame, thường viết tắt là ORF.

Theo nghĩa rộng hơn, khung đọc mở (ORF) là khung đọc có khả năng được phiên mã thành ARN và được dịch mã thành prôtêin đòi hỏi một chuỗi DNA liên tục từ một codon khởi đầu, qua một vùng tiếp theo thường có độ dài là bội số của 3 nuclêôtit, đến một codon dừng trong cùng một khung đọc. [11]

Xem thêmSửa đổi

Nguồn trích dẫnSửa đổi

  1. ^ “Reading Frame”. 
  2. ^ J H Badger, G J Olsen. “CRITICA: coding region identification tool invoking comparative analysis.”. 
  3. ^ “reading frame”. 
  4. ^ Rainey S, Repka J. “Quantitative sequence and open reading frame analysis based on codon bias” (PDF). Systemics, Cybernetics and Informatics 4 (1): 65–72. 
  5. ^ Badger JH, Olsen GJ (tháng 4 năm 1999). “CRITICA: Coding Region Identification Tool Invoking Comparative Analysis”. Mol Biol Evol 16 (4): 512–24. PMID 10331277. doi:10.1093/oxfordjournals.molbev.a026133. 
  6. ^ "Sinh học 12" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2018.
  7. ^ Campbell và cộng sự: "Sinh học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2010.
  8. ^ Phạm Thành Hổ: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 1998.
  9. ^ Paul K. Small. “Reading Frame”. 
  10. ^ Roger Hull (2014). “Stop Codon”. 
  11. ^ Benjamin C. Pierce (2012). Genetics: a conceptual approach. W. H. Freeman. ISBN 9781429232500.