Mở trình đơn chính
Hình 1: Trong quá trình phiên mã, enzym ARN-pôlymêraza (ARN-pol) đang trượt trên ADN, lấy mạch mã gốc (nét thẳng đen) làm khuôn, tổng hợp nên bản mã phiên (nét xanh) là ARN thông tin (mARN).

Phiên mã là quá trình tổng hợp ARN từ mạch khuôn của gen. Trong quá trình này, trình tự các đêôxyribônuclêôtit ở mạch khuôn của gen (ADN) được chuyển đổi (phiên) thành trình tự các ribônuclêôtit của ARN theo nguyên tắc bổ sung.[1][2]

Thuật ngữ này dịch từ nguyên gốc tiếng Anh: transcription (phát âm IPA-Quốc tế: /træn'skrɪpʃən/, tiếng Việt: t'ran-crip-sân), trước kia (khoảng trước 2004) gọi là sao mã, nay đã thống nhất toàn quốc dịch là phiên mã.[2][3][4]

Vì có nhiều loại ARN khác nhau (như mARN, tARN, rARN, snARN, tmARN v.v), nhưng chỉ có mARN (ARN thông tin) là bản phiên mã dùng làm khuôn để dịch mã di truyền thành trình tự các axit amin trong chuỗi pôlypeptit, từ đó tạo ra sản phẩm quan trọng nhất là prôtêin, nên - theo nghĩa hẹp và thường dùng - thì phiên mã là quá trình tổng hợp mARN.

Quá trình này chỉ diễn ra khi có vai trò tham gia của nhân tố phiên mã chủ chốt là enzym phiên mã, thường gọi chung là ARN-pôlymêraza (hình 1).

Thành phần tham giaSửa đổi

Quá trình phiên mã rất phức tạp, nhưng đã được nghiên cứu tường tận và hiểu biết chi tiết, nhất là ở đối tượng là trực khuẩn E. coli. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học đã thực hiện phiên mã ngoài tế bào sống, tức là phiên mã in vitro trong phòng thí nghiệm. Ở đó, quá trình phiên mã cần tối thiểu những thành phần sau.[5][6][7]

  • Nguyên vật liệu: các NTP (nucleoside triphosphate) chính là các ribônuclêôtit A, U, G và X (hay C tức cytosine) đã được hoạt hoá, gồm: ATP, UTP, GTP và CTP.
  • Enzym ARN pôlymêraza.
  • ADN khuôn.

Ngoài ra, bắt buộc phải có:

  • Nước cất làm dung môi với các thành phần trên ở tỉ lệ thích hợp.
  • Diethyl pyrocarbonate (DEPC) hay diethyl dicarbonate (tên theo IUPAC) để khử hoạt tính RNase (enzym ribônuclêôtiđaza) trong dung dịch và xử lí các dụng cụ thí nghiệm.
  • pH và nhiệt độ ủ thích hợp (thường là 37oC).

Diễn biếnSửa đổi

Tổng quanSửa đổi

 
Hình 2: Tổng quan về phiên mã và dịch mã.
  • Một mạch đơn gen (mạch đối nghĩa) hay mạch khuôn phiên mã mang mã gốc là trình tự các đêôxyribônuclêôtit, sẽ được ARN-pôlymêraza chuyển đổi thành trình tự các ribônuclêôtit.
  • Chuỗi ribônuclêôtit bổ sung cho mã gốc, nên trực tiếp mang mã di truyền (bản mã phiên). Sau khi được tổng hợp hợp xong, bản mã phiên sẽ tách khỏi mã gốc, ra khỏi vùng nhân để tARN giải mã thành bản dịch là chuỗi pôlypeptit (hình 2).

Các bước chínhSửa đổi

  • Ở tế bào nhân sơ (như vi khuẩn), quá trình phiên mã gồm 3 giai đoạn như sau, khi đã qua giai đoạn chuẩn bị.

Chuẩn bị: Hệ enzym tháo xoắn ADN (TôpôizômêrazaHêlicaza) gỡ xoắn và tách ADN khuôn ở đoạn có gen cần phiên. Sau đó phiên mã mới có thể tiến hành.

  1. Khởi đầu – Enzim ARN-pôlymeraza bám vào đoạn khởi đầu ở vùng điều hòa của gen, chọn mạch khuôn rồi bắt đầu trượt dọc theo mạch này theo chiều 3’- 5’ để sẵn sàng tổng hợp ARN.
  2. Kéo dài – ARN-pôlymeraza vừa trượt dọc trên mạch khuôn gen theo chiều 3’- 5’, vừa lắp các ribônuclêôtit tự do vào mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung, rồi sử dụng ATP để gắn các ribônuclêôtit vừa được lắp trên mạch khuôn với nhau bằng liên kết phôtphođieste, tạo nên chuỗi pôlyribônuclêôtit mới theo hướng 5’-3’. Đoạn nào trên gen đã phiên mã xong đóng xoắn lại ngay. Ở bước này, chuỗi pôlyribônuclêôtit được dài dần ra, nên được gọi là giai đoạn kéo dài (elongation),[8] cũng là giai đoạn lâu nhất trong toàn bộ quá trình.
  3. Kết thúc – Khi ARN-pôlymeraza trượt tới tín hiệu kết thúc trên gen thì dừng phiên mã và tách khỏi gen, phân tử ARN vừa tạo thành được giải phóng, đồng thời đoạn gen bị tách "khép" lại rồi trở thành cấu trúc xoắn kép như trước.
 
Hình 3: Kết quả phiên mã. Trong hình, thuật ngữ "triplet" và "codon" đều nghĩa là bộ ba.

Vì sự "lắp ráp" các nguyên liệu là ribônuclêôtit tự do (A, U, G và X/C) vào mạch khuôn diễn ra theo nguyên tắc bổ sung (A-U, G-X/C, T-A và X/C-G), nên bản phiên sẽ mang mã di truyền trực tiếp quy định vị trí mỗi axit amin theo đúng các bộ ba (codon) mà nó có (hình 3).

  • Phiên mã ở sinh vật nhân thực và nhân sơ về cơ bản là giống nhau theo các giai đoạn vừa trình bày. Những điểm khác nhau về phiên mã giữa nhân thực và nhân sơ tóm tắt như sau.

• Phiên mã ở nhân sơ nói chung, chỉ cần một loại enzym ARN-pôlymeraza xúc tác, kể cả phiên ra mARN hay tARN hoặc rARN. Nhưng ở nhân thực có nhiều loại enzim khác nhau cùng tham gia: mỗi loại ARN (mARN, tARN và rARN) khi phiên mã được xúc tác bởi một loại ARN-pôlymeraza riêng.[3][4]

• Do vi khuẩn (nhân sơ) không có màng nhân, nên bản phiên mã mARN ngay cả khi chưa xong đã có thể được làm khuôn dịch mã ngay, nghĩa là phiên mã và dịch mã coi như là có thể cùng lúc, do đó phiên mã xong là có thể dịch mã cũng hoàn tất.[2][3]

• Ngay sau khi ARN được tạo thành xong, thì ở nhân sơ, ARN này được sử dụng ngay trong tế bào. Nhưng ở nhân thực, thì chuỗi pôlyribônuclêôtit mới chỉ là phân tử ARN sơ khai, phải qua quá trình chế biến, đặc biệt là phân tử mARN sơ khai phải được cắt bỏ intrôn (không có codon) và nối các êxôn (có các codon), thì trở mới tạo ra mARN trưởng thành, rồi mARN trưởng thành này đi qua màng nhân vào mạng lưới nội chất để làm khuôn dịch mã. Quá trình này gọi là chế biến hay xử lý ARN (RNA processing) khá phức tạp, không giới thiệu ở đây, mà trình bày chi tiết ở trang Phiên mã nhân thực (Eukaryotic transcription).

Nguồn trích dẫnSửa đổi

  1. ^ “Transcription.”. 
  2. ^ a ă â Campbell và cộng sự: "Sinh học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2010.
  3. ^ a ă â SGK "Sinh học 12" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2016.
  4. ^ a ă Philipps & Chilton: "Sinh học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2004.
  5. ^ “Transcription in Prokaryotes”. 
  6. ^ “The Basics: In Vitro Transcription”. 
  7. ^ “In vitro Transcription” (PDF). 
  8. ^ https://www.merriam-webster.com/dictionary/elongation

Liên kết ngoàiSửa đổi