Tiểu luận Hóa sinh đại cương: Trình bày những hiểu biết của em về rARN

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiểu luận Hóa sinh đại cương "Trình bày những hiểu biết của em về rARN" có nội dung tìm hiểu tổng quan về ARN; Tổng hợp ribôxôm; Cấu trúc và chức năng cũng như phân loại của rARN;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết tại đây nhé!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận Hóa sinh đại cương: Trình bày những hiểu biết của em về rARN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC *************** TIỂU LUẬN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: Trình bày những hiểu biết của em về rARN GVHD: TS. Giang Thị Phương Ly SVTH: Lê Thị Thu Trang – MSSV 20175292 Lớp: Hóa Học 01-K62 Mục lục 1
PHẦN MỞ ĐẦU Học thuyết tế bào lần đầu tiên được nghiên cứu vào năm 1839 của Matthias Jakob Schleidenvà Theodor Schwann, phát biểu rằng tất cả các sinh vật sống được cấu tạo bởi một hay nhiều tế bào, các tế bào là đơn vị cơ bản tạo nên cấu trúc và chức năng của các cơ quan, tổ chức sinh vật sống. Tất cả các tế bào đến từ các tế bào đã tồn tại trước đó, đều chứa thông tin di truyềncần thiết để điều hòa chức năng tế bào và truyền thông tin đến các thế hệ tế bào tiếp theo.Axit ribonucleic (RNA hay ARN) là một phân tử polyme cơ bản có nhiều vai trò sinh học trong mã hóa, dịch mã, điều hòa, và biểu hiện gen. ARN và ADN là các axit nucleic cùng với lipid, protein và cacbohydrat tạo thành bốn loại đại phân tử cơ sở cho mọi dạng sự sống trên Trái Đất. Việc nghiên cứu lịch sửvà phân loại nguồn gốc các loài sinh vật đang là nhiệm vụ có ý nghĩa đối với các nhà sinh vật học.rARN là một trong số ít các sản phẩm gen có trong tất cả các tế bào, tức là tất cả sinh vật có được kết cấu tế bào đều có được ARN ribôxôm. Vì thế, việc nghiên cứu cấu tạo và đặc điểm của rARN lànhân tố giúp các nhà sinh vật học thực hiện các nhiệm vụ trên. rARN kết hợp với prôtêin dẫn đến hình thành ribôxôm. Sự có mặt của các loại rARN ở tiểu đơn vị lớn và tiểu đơn vị bé ribôxôm là khác nhau giữa các loài sinh vật. ARN ribôxôm của sinh vật nhân nguyên thuỷ chia ra ba loại: ARN ribôxôm 5S, ARN ribôxôm 16S và ARN ribôxôm 23S. ARN ribôxôm của sinh vật nhân thật chia ra bốn loại là ARN ribôxôm 5S, ARN ribôxôm 5,8S, ARN ribôxôm 18S và ARN ribôxôm 28S. S là một đơn vị vật lí học của vật chất đại phân tử phản ánh gián tiếp kích thước của phân tử lượng.Sự khác nhau về cấu trúc và các loại rARN ở trong các sinh vật cho phép một số thuốc kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn bằng cách khống chế ribôxôm của vi khuẩn mà không ảnh hưởng đến các ribôxôm của con người. Chính những đặc điểm nổi bật của rARN, mà trong bài luận này em sẽ tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc, phân loại và ứng dụng của rARN từ đó nắm được vai trò chức năng của từng loại rARN cũng như ý nghĩa, giá trị nghiên cứu của rARN. 2
I. ĐẠI CƯƠNG 1. Tổng quan về ARN 1.1. Định nghĩa Axit ribonucleic (RNA hay ARN) là một phân tử polyme cơ bản có nhiều vai trò sinh học trong mã hóa, dịch mã, điều hòa, và biểu hiện của gen. ARN và ADN là các axit nucleic cùng với lipid, protein và cacbohydrat, tạo thành bốn loại đại phân tử cơ sở cho mọi dạng sự sống trên Trái Đất. 1.2. Phân loại Dựa theo chức năng, ARN được phân thành: mARN là messenger ribonucleic acid, sản phẩm của sự sao chép gen mang các thông tin di truyền về trình tự của một protein đến ribôxôm. tARN là transfer ribonucleic acid, mang một loại axit amin nhất định đến gắn vào chuỗi polypeptide đang dài dần tại vị trí của ribôxôm đang tổng hợp lên protein trong quá trình dịch mã. rARN là ribosomic ribonucleic acid, là hợp phần cấu trúc của ribôxômthực hiện ghép nối các axit amin tạo chuổi tiền protein snARN là small nuclear ribonucleic acid 1.3. Chức năng Phân tử ARN đóng vai trò hoạt động bên trong tế bào như là những chất xúc tác cho các phản ứng sinh học, kiểm soát, biểu hiện của gen hoặc đáp ứng cảm nhận và liên lạc trong quá trình truyền tín hiệu tế bào.Trong quá trình sinh tổng hợp protein, các phân tử ARN trực tiếp tham gia tổng hợp protein trên phân tử ribôxôm gọi là quá trình dịch mã. 1.4. Cấu Trúc. 3
Mỗi nucleotide trong ARN chứa một đường ribose, với cacbon được đánh thứ tự từ 1' đến 5'. Một base được gắn vào vị trí 1' là adenine (A), cytosine (C), guanine (G), hoặc uracil (U). Adenine và Guanin là các purine, cytosine và uracil là pyrimidine. Một nhóm phosphat gắn vào vị trí 3' cuả một đường ribose và vào vị trí 5' của đường ribose tiếp theo. Các baso tạo thành liên kết Hidro giữa các cytosin và guanine, giữa adenin và uracil. Đường β – D – ribose Phosphoric acid: H3PO4 Các Base là dẫn xuất của pyrimindine và purine NH2 O NH2 O HN N N N N HN O N O N N N H2N N N H H H H CytosineUracilAdenineGuanine Các nucleoside thì được hợp thành từ một base và 1 đường pentose thông qua phản ứng khử nước tạo liên kết β – glycosidic. Các nucleoside gồm: 4
NH2 N N N N HO O H H H H OH OH AdenosineUridine CytidineGuanosine Các Nucleotide tạo thành khi axit phosphoric được ester hóa vào nhóm hydroxyl của nucleoside. Trong ARN bao gồm các loại sau: Adenosine – 5’ – monophosphate (AMP):Guanosine - 5’- monophotsphate: NH2 O N N N NH N OH N N NH2 OH N O P O CH2 O P O CH2 O O OH H H OH H H H H H H OH OH OH OH Uradine- 5’- monophosphate Cytodine-5’- monophotsphate: 5
NH2 N OH N O O P O CH2 O OH H H H H OH OH Phân tử ARN là polynucleotide liên kết với nhau bằng liên kết photphodiester. Cấu trúc bậc nhất của RNA là số lượng và trình tự sắp xếp của các mononucleotide trong mạch polynucleotide. NH 2 OH N N O p OH A N O N CH2 O H H NH2 H H O OH N O P O- C N O O CH2 O H H H H OH OH Khi chuỗi RNA cuộn gấp, nếu có những gốc base A U, G C tiến đến gần nhau, giữa chúng cũng có liên kết hydro và nếu đoạn đủ dài sẽ có những xoắn kép (cấu trúc bậc 2) xuất hiện dọc phân tử. Một thành phần cấu trúc quan trọng của ARN khác biệt với ADN đó là sự có mặt của nhóm hydroxyl tại vị trí 2' trong đường ribose. Sự có mặt của nhóm chức này làm cho dạng xoắn của ARN có dạng A-hình học. {1} 6
1.5. Sự tạo thành ARN Quá trình phiên mã Quá trình tổng hợp ARN gọi là phiên mã, luôn cần sự xúc tác của enzym ARN polymerase sử dụng một mạch khuôn của gen trên ADN. Phiên mã bắt đầu bằng enzyme gắn kết vào trình tự khởi động trong ADN ở phía "thượng nguồn" của gen. Chuỗi xoắn kép ADN ở vùng có gen cần phiên mã đầu tiên phải được tháo xoắn nhờ tôpôizômêraza, sau đó được dãn mạch và tách đôi nhờ enzym hêlicaza. Enzym RNA polymerase trượt dọc theo sợi khuôn mẫu (mạch gốc) theo chiều 3’ đến 5’ của gen, tổng hợp lên chuỗi pôlyribônuclêôtit theo nguyên tắc bổ sung, được kéo dài theo hướng 5’ đến 3’ (ngược lại với hướng di chuyển của enzym này). Trình tự các đêôxyribônuclêôtit trên mạch gốc của gen không chỉ quyết định trình tự chuỗi pôlyribônuclêôtit của RNA, mà còn quy định cả sự kết thúc của quá trình phiên mã. Quá trình thường diễn ra trong tế bào của sinh vật có nhân hoàn chỉnh hay sinh vật nhân thực. Vì những sinh vật nhân thực (gồm cả con người) có tế bào với nhân hoàn chỉnh, được bao bọc bởi màng nhân, tế bào lại được chuyên hoá cao, nên quá trình này phức tạp hơn hẳn phiên mã ở nhân sơ. Thêm vào đó, phiên mã diễn ra trên ADN khuôn, mà ADN này lại nằm trong bào quan đặc biệt gọi là nhiễm sắc thể có cấu trúc phức tạp, nên quá trình chỉ diễn ra khi trước đó (vào giai đoạn chuẩn bị) có sự tháo xoắn nhiễm sắc thể, tháo xoắn ADN và dãn xoắntách mạch gen khuôn mẫu, nghĩa là liên quan cả đến điều hoà gen. Ngoài ra, sau khi ARN đã được tổng hợp ra thì còn phải qua quá trình chế biến mới thành sản phẩm có chức năng sinh học hoàn chỉnh. 7
2. Tổng hợp ribôxôm 2.1. Khái niệm Ribôxôm (ribosome) là bào quan tổng hợp chuỗi pôlipeptit dưa trên khuôn mã của ARN thông tin. Đây là một bộ máy phân tử lớn, phức tạp, có mặt trong tất cả các tế bào sống, nơi xảy ra quá trình sinh tổng hợp protein.Ribôxôm liên kết các axit amin với nhau theo trật tự được quy định bởi phân tử (mARN) 2.2. Cấu trúc Ribôxôm bao gồm hai thành phần gắn kết với nhau và cùng làm việc để chuyển hóa mARN thành một chuỗi polypeptide trong quá trình tổng hợp protein (Hình trên). Ribôxôm được hình thành từ phức hệ ARN và protein nên vì vậy có tên là Ribonucleoprotein. Mỗi ribôxôm được chia thành hai tiểu đơn vị (hai tiểu phần). Tiểu đơn vị nhỏ hơn liên kết với các khuôn mẫu mARN gồm một hoặc nhiều phân tử ARN ribôxôm (rARN) và nhiều phân tử protein, trong khi tiểu đơn vị lớn hơn liên kết với tARN và các axit amin. Khi ribôxôm đọc xong một phân tử mRNA, hai tiểu đơn vị này sẽ tách ra. Ribôxôm còn là một loại enzyme ribozyme, bởi vì có các hoạt động xúc tác phản ứng peptidyl transferase, nhằm mục đích liên kết các axit amin với nhau, thực hiện bởi các ARN ribôxôm. Ribôxôm thường được khảm trên những màng nội bào trong hệ thống mạng lưới nội chất hạt. 8
Chính vì gồm hai thành phần mà kích thước ribôxôm ở các sinh vật là khác nhau. ribôxôm của sinh vật nhân sơ có đường kính khoảng 20 nm (200 Å) và được tạo thành từ 65% RNA ribôxôm và 35% protein ribôxôm. Ribôxôm của sinh vật nhân thực có đường kính từ 25 đến 30 nm (250-300 Å) và tỷ lệ rARN so với protein là gần như bằng 1. Ribôxôm trong vi khuẩn bao gồm một hoặc hai chuỗi rRNA và được tổng hợp trong tế bào chất thông qua quá trình phiên mã ở các gen ribôxôm trong operon. Ribôxôm của sinh vật nhân thực bao gồm một hoặc ba phân tử rRNA rất lớn (được gọi là ribôxôm RNA) và nhiều phân tử protein nhỏ hơn. Ribôxôm ở sinh vật nhân thực được tổng hợp ở cả tế bào của tế bào chất và cả trong hạch nhân (một vùng trong nhân tế bào). Theo như ngành khoa học thực nghiệm không có protein ribôxômgần các mặt phản ứng trong quá trình tổng hợp polypeptide. Điều này cho thấy rằng các thành phần protein của ribôxôm hoạt động như một lớp tạm thời, có thể tăng cường khả năng của rRNA để tổng hợp protein thay vì trực tiếp tham gia xúc tác 2.3. Dịch mã Trong sinh học phân tử và di truyền học, dịch mã là quá trình trong đó ribôxôm trong tế bào chất hoặc mạng lưới nội chất tổng hợp protein sau quá trình phiên mã từ AND đến ARN trong nhân. Toàn bộ quá trình gọi là biểu hiện gen. Gồm 3 quá trình: Mở đầu Tiểu đơn vị nhỏ của ribôxôm (có bộ 3 của rARN) gắn với mARN ở vị trí nhận biết đặc hiệu (gần bộ ba mở đầu) và di chuyển đến bộ ba mở đầu (AUG). Aminoacyl-tARN phù hợp tiến đến gắn với bộ 3 mở đầu theo nguyên tắc bổ sung (UAX - AUG), sau đó tiểu đơn vị lớn gắn vào tạo ribosome hoàn chỉnh. Kéo dài 9
Aminoacyl-tRNA tiếp theo khớp bổ sung đối mã với codon tiếp theo trên mARN. Tiểu đơn vị lớn xúc tác cho sự hình thành liên kết peptit giữa các axit amin mở đầu và tiếp theo lần lượt. Ribôxôm tiếp tục dịch chuyển tARN tách và di chuyển khỏi ribosome, quá trình vẫn tiếp tục khi ribosome chạy tiếp dọc mARN. Kết thúc Khi ribosome chạy đến một codon kết thúc (UAA, UAG, UGA - tương ứng với không axit amin) thì dịch mã chấm dứt, hai tiểu đơn vị ribôxôm tách nhau ra. Ngay sau đó, một enzym đặc hiệu loại bỏ axit amin mở đầu, quá trình dịch mã hoàn tất. 2.4. Ứng dụng: Do sự khác nhau về cấu trúc giữa các sinh vật cho phép một số thuốc kháng sinh tiêu diệt vi khuẩn bằng cách khống chế ribôxôm của vi khuẩn mà không ảnh hưởng đến các ribôxôm của con người. Các ribôxôm 70S của vi khuẩn dễ bị kháng sinh tác động trong khi ribôxôm 80S nhân thực thì không bị ảnh hưởng. Mặc dù ty thể có ribôxôm tương tự như những vi khuẩn, ti thể không bị ảnh hưởng bởi các loại thuốc kháng sinh bởi vì chúng được bao quanh bảo vệ bởi hai lớp màng ngăn chặn không để kháng sinh vào sâu trong bào quan. 3. rARN Axít ribônuclêic ribôxôm (Ribosomal ribonucleic acid hoặc ribosomal RNA), còn gọi là ARN ribôxôm, viết tắt rARN, là một loại ARN chứa nhiều nhất trong tế bào, cũng là một loại ARN có khối lượng phân tử tương đối lớn nhất trong ba loại ARN (ARN vận chuyển, ARN thông tin và ARN ribôxôm), nó kết hợp với prôtêin dẫn đến hình thành ribôxôm, của nó là lấy axít amin hợp thành làm liên kết péptít. ARN ribôxôm chiếm vào khoảng 82% tổng lượng ARN. II. CẤU TRÚC 1. Kết cấu không gian 10
ARN ribôxôm có phân tử lượng khá lớn và kết cấu phức tạp, trước mắt tuy đã đo lường ra cấu trúc bậc một của không ít phân tử ARN ribôxôm, nhưng việc nghiên cứu về cấu trúc bậc hai, cấu trúc bậc ba và chức năng của chúng nó vẫn cần đi sâu vào từng bước một. ARN ribôxôm của sinh vật nhân nguyên thuỷ chia ra ba loại: ARN ribôxôm 5S, ARN ribôxôm 16S và ARN ribôxôm 23S. ARN ribôxôm của sinh vật nhân thật chia ra bốn loại là ARN ribôxôm 5S, ARN ribôxôm 5,8S, ARN ribôxôm 18S và ARN ribôxôm 28S. S là một đơn vị vật lí học của vật chất đại phân tử trong quá trình chìm xuống của li tâm siêu tốc, phản ánh gián tiếp kích thước của phân tử lượng. Ribôxôm của sinh vật nhân nguyên thuỷ và sinh vât nhân thật tất cả đều do hai loại á đơn vị lớn và nhỏ tổ thành. Dựa vào phương pháp kính hiển vi điện tử và phương pháp liên kết chéo người ta có thể xác định được kết cấu không gian của ARN ribosome. Mặc dù cấu trúc chính của các chuổi rARN có thể khác nhau giữa các sinh vật, việc ghép cặp cơ sở trong các chuổi này thường tạo thành cấu hình vòng lặp gốc. Chiều dài và vị trí của các vòng lặp rARN này cho phép chúng ta tạo ra cấu trúc rARN ba chiều tương tự giữa các loài. Thông qua loại hình của sinh vật nhân nguyên thủy là ribosome 70S đã hiển thị vị trí kết hợp và hình dáng của phân tử ARN ribosome. Bên trong kính hiển vi điện tử, sự xếp đặt theo thứ tự của ARN ribôxôm 16S hiện ra hình chữ V, một cái cánh tay hơi dày và dài hơn một cái cánh tay còn lại. Kích thước và hình dạng của ARN ribôxôm 23S thật rất xứng đáng thích hợp với kiểu dáng cái "mũ vua" của á đơn vị ribôxôm 50S. Do các cấu hình này, rARN có thể tương tác chặt chẽ và cụ thể với các protein ribôxôm để tạo thành các tiểu đơn vị ribosome. Nhờ miễn dịch mà phương pháp kính hiển vi điện tử đã xác định một ít đặc trưng nào đó của ARN ribôxôm ở bên trong á đơn vị. Sử dụng kháng thể Anti-N6, N6-dimethyladenosine (xếp đặt ở vào vị trí 24 và 25 của đầu cuối cùng 3' của ARN ribôxôm 16S) rồi xác định một đoạn của vùng nuclêôbazơ sửa trị xếp đặt ở vào khoảng giữa đầu và thân của á đơn vị ARN ribôxôm 30S. 7-methylguanosine {2} của ARN ribôxôm 16S, vị trí thứ tự số 526, nằm ở chỗ giáp giới 1/3 về phía trên và 2/3 về phía dưới của ARN ribôxôm 30S. Liên kết chéo nội bộ của ARN ribôxôm 16S, 5S và 23S đã được 11
nghiên cứu. Chứng minh được liên kết chéo G41 và G72 ở bên trong ARN ribôxôm 5S, loại liên kết chéo này thuộc phản ứng cấu trúc bậc ba, lợi dụng phản ứng ấy rồi kiến lập một bộ phận mô hình ba chiều phân tử ARN ribôxôm 5S cải tiến. Ngoài ra, việc nghiên cứu liên kết chéo ARN và prôtêin cũng là phương pháp sắp xếp không gian phân tử ARN ribôxôm cực kì hữu dụng để cho việc xác định đặc trưngbên trong á đơn vị. ARN ribôxôm thông thường kết hợp nhất tề với prôtêin ribôxôm, hình thành ribôxôm, nếu như ARN ribôxôm đi theo trên ribôxôm bị trừ bỏ đi, thì kết cấu của ribôxôm sẽ phát sinh sập lún. Các protein ribôxôm chưa dư lượng cơ bản (trái ngược với dư lượng axit) và dư lượng thơm (là phenylalanine, tyrosine và trytophan) cho phép chúng hình thành các tương tác hóa học với các vùng ARN liên kết của chúng , chẳng hạn như tương tác xếp chồng. Các protein ribôxôm cũng có thể kết chéo với khung đường photphat của ARN với các vị trí gắn kết bao gồm các dư lượng cơ bản (lysine và arginine). Tất cả các protein ribôxôm (bao gồm các trình tự cụ thể liên kết với rARN) đã được xác định. Những tương tác này cùng với sự liên kết của các tiểu đơn vị ribosome nhỏ và lớn dẫn đến một ribôxôm hoạt động có khả năng tổng hợp protein ARN ribôxôm tổ chức thành hai tiểu đơn vị ribôxôm: tiểu đơn vị ribôxôm lớn và tiểu đơn vị nhỏ. Giữa các tiểu đơn vị này, các loại rARN được sử dụng để tạo thành tiểu đơn vị khác nhau. Hình : biểu thị ba chiều của ribôxôm 12
Trong hình đó, hiển thị ARN ribôxôm, tách ra là á đơn vị nhỏ ở màu lam thẫm và á đơn vị lớn ở màu đỏ thẫm. Màu sắc nhạt đại biểu cho prôtêin ribôxôm. 1.1. Ở Sinh vật nhân nguyên thủy Trong các ribôxômcủa prokaryote (sinh vật nhân nguyên thủy) như vi khuẩn, tiểu đơn vị ribôxôm nhỏ chứa một phân tử rARN nhỏ (~ 1500 nucleotide) trong khi tiểu đơn vị ribôxôm lớn chứa một rARN nhỏ và một phân tử rARN lớn duy nhất (~ 3000 nucleotide). Chúng được kết hợp với ~ 50 protein ribôxôm để tạo thành tiểu đơn vị ribôxôm. Có ba loại rARN được tìm thấy trong các ribôxôm prokaryotic: 23S và 5S rARN trong tiểu đơn vị lớn và 16S rARN trong tiểu đơn vị bé. Cấu trúc nguyên tử của tiểu đơn vị 30S từ Thermus thermophilus. Protein được hiển thị bằng màu xanh lam và chuỗi ARN đơn màu cam. 13
Cấu trúc nguyên tử của Tiểu đơn vị 50S từ Haloarcula marismortui. Protein được hiển thị bằng màu xanh lam và hai chuỗi ARN có màu cam và vàng. Các mảng xanh nhỏ ở trung tâm của tiểu đơn vị là nơi hoạt động: 1.2. Sinh vật nhân chuẩn Trong các ribôxôm của sinh vật nhân chuẩn (eukaryote) như con người, tiểu đơn vị bé chứa một rARN nhỏ (~ 1800 nucleotide) trong khi tiểu đơn vị lớn chứa hai rRNA nhỏ và một phân tử rARN lớn (~ 5000 nucleotide). RARN eukaryote có hơn 70 protein ribôxôm tương tác để tạo thành các đơn vị ribôxôm đa hình lớn hơn và đa hình hơn so với prokaryote. Có bốn loại rRNA ở sinh vật nhân chuẩn: 3 loài trong tiểu đơn vị lớn và 1 trong tiểu đơn vị bé {3}. Nấm men là mô hình truyền thống để quan sát trạng thái và quá trình rARN của sinh vật nhân chuẩn, dẫn đến sự thiếu hụt trong đa dạng hóa nghiên cứu. Chỉ trong thập kỷ qua, những tiến bộ kỹ thuật (cụ thể là trong lĩnh vực CryoEM) đã cho phép điều tra sơ bộ về trạng thái của ribôxôm ở các sinh vật nhân chuẩn khác. Trong men, tiểu đơn vị lớn chứa các rARN 5S, 5,8S và 28S. 5,8S và 28S kết hợp có kích thước và chức năng tương đương với phân nhóm 23S rRNA prokaryotic, trừ các phân đoạn mở rộng (ES) được định vị trên bề mặt của ribosome và chỉ được tìm thấy ở sinh vật nhân chuẩn. Một tiểu đơn vị bé nhân chuẩn có chứa tiểu đơn vị 18S rARN, cũng chứa ES. Phân đoạn mở rộng của tiểu đơn vị bé của sinh vật nhân chuẩn thường nhỏ hơn so với tiểu đơn vị lớn. 14
Tiểu đơn vị 60S được xem từ phía tiểu đơn vị bé của Tetrahymena thermophila: Cấu trúc của rARN có thể thay đổi mạnh mẽ để ảnh hưởng đến tARN liên kết với ribosome trong quá trình dịch mã các mARN khác. Trong rARN 16S, điều đó xảy ra khi một số nucleotide trong rARN xuất hiện xen kẽ xen kẽ cặp bazơ giữa một nucleotide này với một nucleotide khác, tạo thành một "hệ thống" làm thay đổi cấu trúc của rARN. Quá trình này có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của tiểu đơn vị lớn và và nhỏ của ribôxôm, cho thấy sự chuyển đổi hình dạng này trong cấu trúc rARN ảnh hưởng đến toàn bộ ribosome trong khả năng khớp một codon với anticodon của nó trong lựa chọn tARN cũng như giải mã mARN. So sánh cấu trúc thứ cấp của rARN ở tiểu đơn vị bé của sinh vật nhân thực và sinh vật nhân sơ. So sánh cấu trúc thứ cấp của rARN ở tiểu đơn vị bé của sinh vật nhân chuẩn chứa một số vùng khác so với các vùng tương tự trong vi khuẩn. Cấu trúc tinh thể của á đơn vị ribôxôm 40S sinh vật nhân chuẩn là Saccharomyces cerevisiae- là một loài nấm men được biết đến nhiều nhất có trong bánh mì, là một loại vi sinh vật thuộc chi Saccharomyces lớp Ascomycetes ngành nấm và T.thermophila là sinh vật lạ, nhân chuẩn đơn bào hình trứng, được tìm thấy trong môi trường nước ngọt so sánh với cấu trúc tinh thể ribosome 30S của vi khuẩn. Thấy được: Phần lớn cấu trúc tinh thể ở tiểu đơn vị bé của sinh vật nhân chuẩn bao gồm cấu trúc thứ cấp tương tự vi khuẩn 15
Các đường xoắn ốc của sinh vật nhân chuẩn có điểm tương đương với các xoắn của vi khuẩn ở một số khu vực . \ Trình tự rARN của tiểu đơn vị bé và cấu trúc của chúng cho thấy rằng một phần đáng kể trong cấu trúc của chúng được bảo tồn trong tất cả các sinh vật đã biết. Các khu vực khác được bảo tồn trong ba sinh vật phát sinh gen chính làarcharchaea, vi khuẩn và sinh vật nhân chuẩn. So sánh với vi khuẩn cổ và vi khuẩn, một vài trong số chín vùng biến chính (V1, V9) trong rARN ở tiểu đơn vị bé có sự xâm nhập lớn vào các sinh vật trong miền phát sinh sinh vật nhân chuẩn. Mặc dù người ta cho rằng cấu trúc thứ cấp rARN được bảo tồn ở sinh vật nhân chuẩn, vi khuẩn cổ và vi khuẩn sẽ tạo thành cấu trúc ba chiều giống nhau, một câu hỏi khó khăn hơn là liệu có bất kỳ yếu tố cấu trúc nào trong các khu vực biến đổi nhân chuẩn không có sự tương đồng rõ ràng trong cấu trúc thứ cấp ở vi khuẩn mà có thể tạo thành cấu trúc ba chiều tương tự. 2. Quá trình lắp ráp rARN thành ribôxôm. Sựkêt hợp và lắp ráp rARN vào các ribôxôm bắt đầu bằng việc gấp, sửa đổi, xử lý và lắp ráp với các protein ribôxôme để tạo thành hai tiểu đơn vị ribôxôm, lớn và nhỏ. Ở sinh vật nhân nguyên thủy (sinh vật nhân sơ) xảy ra trong tế bào chất do thiếu thiếu các bào quan liên kết màng. Tuy nhiên, ở sinh vật nhân chuẩn, quá trình này chủ yếu diễn ra trong nhân tế bào và được bắt đầu bằng quá trình tổng hợp tiền ARN. Điều này đòi hỏi sự hiện diện của cả ba polymerase ARN. Trên thực tế, quá trình phiên mã tiền ARN bằng ARN 16
polymerase chiếm khoảng 60% tổng số ARN phiên mã của tế bào{4}. Tiếp theo là sự gấp lại của tiền ARN để nó có thể được lắp ráp với các protein ribôxôm. Sự gấp khúc này được xúc tác bởiedonuclease và exonuclease (enzyme cắt liên kết phosphodiester trong một chuỗi polynucleotide)… rARN sau đó trải qua quá trình xử lý endo- và exonucleolytic để loại bỏ các bộ đệm được phiên mã bên ngoài và bên trong. Tiền ARN sau đó trải qua các sửa đổi như methyl hóa hoặc pseudourid502 trước các yếu tố lắp ráp ribôxôm và protein ribôxôm lắp ráp với tiền ARN để tạo thành các hạt tiền ribôxôm. {5}Sau khi trải qua các bước hoàn thiện hơn và thoát ra khỏi hạt nhân vào tế bào chất, các hạt này kết hợp với nhau để tạo thành các ribôxôm. Dư lượng cơ bản và thơm được tìm thấy trong cấu trúc chính của rARN cho phép tương tác xếp chồng thuận lợi và thu hút các protein ribôxôm, tạo ra hiệu ứng liên kết chéo giữa xương sống của rARN và các thành phần khác của đơn vị ribôxôm. III. PHÂN LOẠI Ribôxôm của sinh vật nhân nguyên thuỷ và sinh vật nhân thật được chia ra làm hai á đơn vị tách biệt lẫn nhau. Các loài đại diệncho các rARN tương ứng của chúng là vi khuẩn Escherichia coli (prokaryote- sinh vật nhân nguyên thủy) và người (eukaryote-sinh vật nhân thật). Lưu ý rằng "nt" biểu thị độ dài của loại rARN trong nucleotide và "S" (chẳng hạn như trong "16S) đại diện cho các đơn vị Svedberg Loại sinh vật Loại hình Á đơn vị lớn A đơn vị nhỏ ribosome Sinh vật nhân nguyên 70S 50S(5S: 120nt và 23S: 30S(16S:1542nt thủy 2906nt) ) Sinh vật nhân thật 80S 60S(5S: 121nt, 5,8S: 40S(18S:1869nt 156nt và 2,8S: 5070nt) ) 17
1. Ở sinh vật nguyên thủy. Trong ribôxôm 70S của tế bào nhân nguyên thuỷ theo học thuyết nội cộng sinh bao gồm ba chủng loại ARN ribôxôm mà hệ số chìm xuống không giống nhau, trong đó trong á đơn vị ribôxôm 30S bao gồm ARN ribôxôm 16S, trong á đơn vị ribôxôm 50S bao gồm ARN ribôxôm 5S và ARN ribôxôm 23S. Ba chủng loại ARN ribôxôm này về phương diện kết cấu có sự không giống nhau rõ ràng. Đầu 3 'của RNA ribosome 16S (trong một ribosome) nhận ra một chuỗi ở đầu 5' của mRNA được gọi là chuỗi Shine-Dalgarno. 1.1. rARN 16S 1.1.1. Kich thước Khối lượng phân tử tương đối của ARN ribôxôm 16S khoảng chừng là 0,6 MDa,độ dài khoảng chừng là 1540 nt {6}.Trong quá trình lắp đặt cấu thành á đơn vị ARN ribôxôm 30S, ARN ribôxôm kết hợp với prôtêin ribôxôm của nó như S4, S7, S8, S15, S17 và S20 trước tiên thật hiện thành phức hợp sơ cấp. ARNribôxôm 16S có khoảng chừng một nửa nuclêôtít hình thành đôi nuclêôbazơ trong liên kết, khiến cho nó có sẵn khoảng chừng 60 cái xoáy ốc; trong phân tử một bộ phận chưa sánh đôi thì hình thành vòng xung đột. Khi nồng độ đủ đạt tới sự tồn tại, ARN ribôxôm được tách ra ở trạng thái khít sát, tương tự với kết cấu của á đơn vị ribôxôm 30S. Sau đó phát hiện một ít trình tự trong ARN ribôxôm 16S có liên quan với sự kết hợp của á đơn vị ribôxôm 30S 1.1.2. Chức năng: - Giống như ARN ribôxômlớn (23S), nó có vai trò cấu trúc, hoạt động như một khung xác định vị trí của các protein ribôxôm - Đầu 3 chứa chuỗi chống Shine-Dalgarno, liên kết ngược dòng với codon khởi đầu AUG trên mARN. ARN 3S kết thúc với các protein S1 và S21 được biết là có liên quan đến việc bắt đầu tổng hợp protein {7} 18
- Tương tác với 23S, hỗ trợ sự gắn kết của hai tiểu đơn vị ribôxôm (50S và 30S) - Ổn định cặp codon-anticodon chính xác trong vị trí A, thông qua sự hình thành liên kết hydro giữa nguyên tử N1 của dư lượng adenine 1492 và 1493 và nhóm 2′OH của xương sống mARN 1.1.3. Ứng dụng: Phân tích trình tự ARN ribôxôm 16S là một loại kĩ thuật khá tinh xác mà trước mắt tiến hành trong nghiên cứu phân loại học đối với vi khuẩn. Thuận theo sự phát triển nhanh của sinh vật học phân tử và ứng dụng kĩ thuật đó trong nghiên cứu vi sinh vật y học, nghiên cứu về ARN ribôxôm 16S được coi là cơ sở phân loại vi sinh vật cũng dần dần đứng lên phát triển, đồng thời được thừa nhận đồng ý đến rộng khắp. Một bộ phận ARN ribôxôm 16S mà xếp đặt ở vào điểm định vị A của ribôxôm 70S của sinh vật nhân nguyên thuỷ chính là mục tiêu tác dụng của chất kháng sinh Aminoglycoside, chất kháng sinh loại đó thông qua sự kết hợp với điểm định vị A của ARN ribôxôm 16S cho nên ngăn cấm quá trình phiên dịch sinh vật nhân nguyên thuỷ.Song, enzim metyl hoá ARN ribôxôm 16S do plasmid chỉ đạo làm trung gian đến lấy ARN ribôxôm 16S để metyl hoá, từ đó dẫn đến vi khuẩn sản sinh tính kháng thuốc khá cao về chất kháng sinh loại đó 1.2. rARN 5S Về cơ bản trong á đơn vị lớn của tất cả ribôxôm 70S và ribôxôm 80S (ngoại trừ ribôxôm ti thể của thiểu số nấm, thiểu số động vật nguyên sinh và thiểu số động vật cấp khá cao) đều có chứa ARN ribôxôm 5S. 1.2.1. Kích thước : Khối lượng phân tử tương đối của ARN ribôxôm 5S khoảng chừng là 40 KDa,độ dài khoảng chừng là 120 nt, trong phân tử có năm cái xoáy ốc. Nó kết hợp với prôtêin ribôxôm L5, L18 và L25 ở trong á đơn vị ribôxôm 50S của ribôxôm 70S. Nuclêôtít khoảng chừng 60% của ARN ribôxôm 5S đã hình thành đôi nuclêôbazơ trong liên kết.ở sinh vật nhân sơ, gen rRNA 5S thường nằm trong các operon rRNA 19
ở hạ lưu của rRNA tiểu đơn vị lớn và nhỏ, và được phiên mã thành tiền thân đa nang. Cấu trúc thứ cấp và trình tự của rARN 5S được dự đoán Sử dụng nhiều kỹ thuật phân tử, bao gồm kính hiển vi điện tử miễn dịch, liên kết ngang hóa học liên phân tử và tinh thể học tia X, vị trí của rARN 5S trong tiểu đơn vị ribosome lớn đã được xác định rất chính xác. Ở vi khuẩn và vi khuẩn cổ, tiểu đơn vị ribosome lớn bao gồm hai phân tửARN, 5S rARN và một ARN lớn hơn khác được gọi là 23S rARN, cùng với nhiều protein liên quan. Ở sinh vật nhân chuẩn, tiểu đơn vị ribôxôm lớn chứa rRNA 5S, 5,8S và 28S và thậm chí nhiều protein hơn. Cấu trúc của tiểu đơn vị lớn trong 3 chiều cho thấy một bề mặt tương đốí nhẵn và bề mặt đối diện có ba hình chiếu, đáng chú ý là phần nhô ra L1, phần nhô ra trung tâm (CP) và cuống L7 / L12. Phần nhô ra L1 và cuống L7 / L12 được bố trí bên cạnh CP. RARN 5S được đặt trong CP và tham gia vào sự hình thành và cấu trúc của dự báo này. Các thành phần chính khác của sự phóng xạ trung tâm bao gồm rARN 23S (hoặc thay thế 28S ở sinh vật nhân chuẩn) và một số protein bao gồm L5, L18, L25 và L27. 1.2.2. Vai trò: Trong lắp ráp ribôxôm: ở sinh vật nhân chuẩn, ribôxôm tế bào được tập hợp từ bốn rARN và hơn 80 protein. Sau khi được phiên mã, 3 'đầu của 5S 20