Vietnamen’s Weblog

Time, Chances, Diligence, Intelligence: which is the most important?

Di truyền phân tử 8 – DNA words

with one comment

“Ngôn ngữ” của DNA là nucleotides trong khi “ngôn ngữ” của protein là amino acids. Vậy cần một phép ánh xạ nào đó để chuyển đổi từ các nucleotides sang các amino acids. Trong di truyền phân tử 7, ta biết rằng chuỗi nucleotide qui định trật tự liên kết các amino acids.

Có tất cả 20 amino acids tham gia vào cấu thành proteins (trên tổng số hơn 50 loại được phát hiện). Có 4 loại nucleotides khác nhau, nếu với chuỗi 2 nucleotides thì có thể biễu diễn 4^2=16 amino acids. Vậy cần ít nhất là chuỗi 3 nucleotides để có thể biểu diễn 20 amino acids, lúc này, số trật tự tạo thành là 4^3=64.

Và cứ bộ 3 nucleotides ghép lại để biểu diễn cho 1 amino acids thì được gọi là 1 codon – hay còn gọi là 1 DNA word. Điều này được khám phá bởi Marshall Nirenberg cùng với nhóm của Har Khorana hay họ đã bẻ khóa được mã di truyền.

Năm 1962, Heinrich Matthaei Marshall bắt đầu thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết về “triplet codon”. Họ dùng chiết xuất từ E.coli vì họ tin rằng chúng có đủ mọi thành phần để chuyển mRNA thành proteins. Họ dùng DNase để hủy mọi DNA trong đó, để không còn template tạo ra mRNA. Và họ đưa vào đó một mRNA nhân tạo chỉ chứa toàn Uracil (nhờ phương pháp của Marianne Grunberg-Manago và Severo Ochoa). Tiếp đó, các amino acids được đánh nhãn phóng xạ (radiolabeled amino acids) cũng được thêm vào.

Hỗn hợp thu được đưa vào máy li tâm, để quá trình phản ứng tạo protein xảy ra. Kết quả thu được là chuỗi polypeptides gồm toàn phenylalanine (PHE). Có nghĩa là triple UUU mã hóa cho PHE.

Họ làm thí nghiệm tương tự với các chuỗi mRNA nhân tạo khác chứa toàn hoặc Cystosine (thu được polypeptide proline (PRO)), hoặc Arguanine (thu được lysine (LYS)), hoặc Guanine (không thu được gì).

Với phương pháp đó, họ cùng các nhà khoa học khác dùng các RNA nhân tạo khác với trật tự kết hợp của các nucleotides khác nhau. Cuối cùng đã có thể tổng hợp được bảng sau với 50 triple codons

Còn một vài chỗ trống trong bảng trên là do không thể tạo được mRNA nhân tạo dài có trật tự liên kết các nucleotide theo ý muốn. Ví dụ: một triple với hai G và một C thì có 3 khả năng xảy ra: CGG, GGC, GCG. Nên việc tạo ra chuỗi dài cùng đồng nhất một loại triple là rất khó.
Phil Leder đã giúp hoàn thành phần còn lại bằng cách dùng tRNA đã được hoạt hóa (activated tRNA) để giải quyết vấn đề đó. (activated tRNA là tRNA khi nó đã có mang theo amino acid)
Trong phần trước, ta đã biết tRNA là phân tử đem amino acids đến ribosomes để giúp tổng hợp protein. Mỗi tRNA sẽ gắn với một loại amino acids, vì thế có tất cả 20 loại tRNA. Năm 1962, Robert Holley đã tìm ra cấu trúc của tRNA. Mặc dù tRNA là một dải đơn, nhưng các nucleotides trên đó có liên kết hydrogen bon để tạo thành một vùng dải kép ngắn (như hình vẽ), làm cho tRNA có hình dáng như lá của cây cỏ ba lá (cloverleaf).

Holley cho thấy rằng mọi tRNA đều có cấu trúc dạng lá cây ba lá như nhau. Tại một vị trí trên một trong các lá, một chuỗi gồm 3 nucleotides sẽ tạo thành một anti-codon, nó có chức năng đóng cặp với một mRNA codon tương ứng. Có nghĩa là, với mỗi mRNA codon, sẽ có một tRNA tương ứng không trùng lặp gắn vào nó để dựa vào đó, tRNA có thể kết hợp với amino acid mà mRNA codon đó mã hóa.

Dùng hệ thống “cell-free translation system”, Zamecnik và nhóm của ông cho thấy tRNA được hoạt hóa khi có một amino acid gắn vào thân của tRNA đó (tRNA’s stem). Quá trình này đòi hỏi năng lượng (từ ATP).

Như vậy thay vì dùng một chuỗi mRNA nhân tạo dài, ông chỉ dùng với chuỗi gồm 3 hoặc 6 nucleotides. Và tiếp đến cứ cho tRNA đã hoạt hóa gắn kết với chuỗi mRNA ngắn này (như hình vẽ). Và Phil Leder đã đề xuất ra cách để tách tRNA đã hoạt hóa đang được gắn với triple codon đã biết ra để tìm hiểu amino acid gắn vào tRNA đó là loại gì (theo hình vẽ). Từ đó, cho phép ta xác định amino acid mà triple codon này mã hóa.

Kết quả thu được là bảng đầy đủ các loại triple codons và amino acdis tương ứng mà nó mã hóa:

Đồng thời, Leder còn tìm hiểu được một gene được bắt đầu và kết thúc bởi các triple codone terminals như sau:

  • start codon: AUG
  • stop codons: UAA, UAG, UGA

Với một amino acid, có thể có nhiều triple codons khác nhau cùng mã hóa cho nó. Có nghĩa là, biết được chuỗi amino acids của một protein, thì không thể biết được chuỗi nucleotide của gene mã hóa cho protein đó.

Ví dụ: về sự thay đổi chuỗi polypeptide tạo thành khi có một hay nhiều nucleotide bị mất đi khỏi chuỗi mRNA (frame shift)

List of amino acids:

ARG: arginine

PRO:

PHE:

Vào đầu thập niên 1970, Fred Sanger đã phát triển phương pháp xác định được trình tự chuỗi các nucleotide trong một gene, gọi là “chain termination method”. Phương pháp này được dùng phổ biến hơn phương pháp của Alan Maxxam và Walter Gilbert. Ta sẽ tìm hiểu phương pháp này trong phần tiếp sau.

Written by vietnamen

Tháng Tám 16, 2008 lúc 3:06 chiều

Một phản hồi

Subscribe to comments with RSS.

  1. […] dogma), nên cứ mỗi bộ 3 nucleotides sẽ mã hóa cho một nucleic acids (xem phần DNA words). Ta gọi bộ ba này là một codon. Condon đánh dấu bắt đầu một gene là […]


Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: