Bài học

Phiên mã: từ gene đến mRNA

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em xác định đúng mạch khuôn của một đoạn gene, viết đúng trình tự mRNA được tổng hợp từ mạch khuôn đó theo nguyên tắc bổ sung, và giải thích được vì sao mRNA luôn mang uracil (U) thay cho thymine (T).

Kiến thức nền cần nhớ

Ở khoá liền trước trong chương trình lớp 9, em đã biết phân tử DNA gồm hai mạch xoắn song song, liên kết với nhau theo nguyên tắc bổ sung — A trên mạch này luôn đi cùng T trên mạch kia, G luôn đi cùng C — và DNA tự nhân đôi để truyền nguyên vẹn thông tin di truyền qua các thế hệ tế bào (same-grade bridge). Bài này dùng lại đúng nguyên tắc bổ sung đó, nhưng cho một quá trình khác: không nhân đôi DNA thành DNA, mà sao thông tin từ DNA sang một phân tử trung gian mang thông tin đó ra khỏi nhân — gọi là phiên mã.

Khởi động

Gene nằm trong nhân tế bào, nhưng protein — thứ thật sự tạo nên tính trạng — lại được lắp ráp ở ribosome, bên ngoài nhân, trong tế bào chất. Thông tin trong gene phải đi qua một chặng đường nào đó để tới được nơi lắp ráp protein. Em nghĩ thông tin đó được mang đi bằng cách nào, nếu bản thân DNA không hề rời khỏi nhân?

Kiến thức trọng tâm

Con đường từ gene tới tính trạng đi qua bốn chặng nối tiếp nhau: gene (một đoạn DNA) được phiên mã thành mRNA, mRNA được dịch mã thành một chuỗi polypeptide, chuỗi polypeptide gấp cuộn thành protein, và protein đó trực tiếp tạo ra tính trạng ở cơ thể. Bài này chỉ đi vào chặng đầu tiên — phiên mã — còn ba chặng sau sẽ lần lượt xuất hiện ở các bài tiếp theo trong khóa.

Bài này chỉ học chặng đầu tiên — phiên mã, biến gene thành mRNA — ba chặng còn lại thuộc các bài sau.

Phiên mã là quá trình tổng hợp mRNA dựa trên một mạch của gene, gọi là mạch khuôn (hay mạch gốc). Enzyme phiên mã trượt dọc mạch khuôn, lắp từng nucleotide tự do trong môi trường tế bào vào đúng vị trí theo nguyên tắc bổ sung, rồi nối chúng lại thành một chuỗi mRNA. Chỉ MỘT trong hai mạch của gene đóng vai trò mạch khuôn; mạch còn lại — gọi là mạch bổ sung — không được dùng để tổng hợp mRNA ở lượt phiên mã này, nhưng trình tự của nó lại gần giống hệt trình tự mRNA tạo ra, vì cả hai đều bổ sung với cùng một mạch khuôn.

Nguyên tắc bổ sung khi phiên mã gần giống nguyên tắc bổ sung khi DNA tự nhân đôi, chỉ khác đúng một điểm mấu chốt: mRNA không chứa thymine (T). Thay vào vị trí đó là một loại base khác, uracil (U), chỉ xuất hiện ở RNA chứ không có trong DNA. Vì vậy, khi mạch khuôn có A, mRNA lắp U (chứ không lắp T); mạch khuôn có T thì mRNA lắp A; mạch khuôn có G thì mRNA lắp C; mạch khuôn có C thì mRNA lắp G. Nhớ đúng bốn cặp bổ sung này — đặc biệt là cặp A trên mạch khuôn ứng với U trên mRNA — là điều kiện để viết đúng bất kỳ trình tự mRNA nào.

Mỗi cột là một vị trí: base trên mạch khuôn ở hàng trên quy định đúng base trên mRNA ở hàng dưới, theo A→U, T→A, G→C, C→G.

Ví dụ

Viết trình tự mRNA từ mạch khuôn

1
Một đoạn gene có mạch khuôn mang trình tự: T-A-C-G-G. Hãy viết trình tự mRNA được tổng hợp từ mạch khuôn này.
2
Theo nguyên tắc bổ sung khi phiên mã, mỗi base trên mạch khuôn quy định đúng một base trên mRNA: A→U, T→A, G→C, C→G.
3
Lần lượt từng vị trí của mạch khuôn T-A-C-G-G: T ứng với A, A ứng với U, C ứng với G, G ứng với C, G ứng với C.
4
mRNA tạo thành phải có đúng 5 nucleotide, bằng đúng số nucleotide của đoạn mạch khuôn đã cho, vì phiên mã sao chép nguyên vẹn từng vị trí, không thêm hay bớt base nào.
5
Vậy trình tự mRNA là A-U-G-C-C, gồm 5 nucleotide, đúng bằng số base trên mạch khuôn ban đầu.

Ví dụ

Vì sao mRNA không phải bản sao của mạch khuôn (dạng đề thi)

1
Một đoạn DNA mạch kép có mạch 1: A-T-C-G-G-A và mạch 2 (bổ sung với mạch 1): T-A-G-C-C-T. Biết mạch 1 đóng vai trò mạch khuôn khi phiên mã đoạn gene này. Hãy viết trình tự mRNA tạo thành, sau đó so sánh trình tự đó với mạch 2.
2
Áp dụng nguyên tắc A→U, T→A, C→G, G→C cho từng vị trí của mạch 1 (A-T-C-G-G-A): mRNA thu được là U-A-G-C-C-U.
3
Mạch 2 có trình tự T-A-G-C-C-T. So từng vị trí với mRNA U-A-G-C-C-U: hai trình tự giống hệt nhau ở bốn vị trí giữa — G, C, C — chỉ khác ở hai vị trí đầu và cuối, nơi mạch 2 mang T còn mRNA mang U. (1)
4
Từ (1): mRNA không giống mạch khuôn (mạch 1), mà giống mạch bổ sung (mạch 2) của gene — chỉ khác duy nhất ở chỗ mọi vị trí T trên mạch bổ sung được thay bằng U trên mRNA. Đây là lý do vì sao nhiều đề bài mô tả mRNA có trình tự 'giống mạch bổ sung, thay T bằng U'.
5
Nếu nhầm mRNA giống mạch khuôn, sẽ viết sai hoàn toàn trình tự — mạch khuôn ở đây là A-T-C-G-G-A, khác hẳn mRNA U-A-G-C-C-U cả về loại base lẫn thứ tự bổ sung.
6
Vậy mRNA của đoạn gene này là U-A-G-C-C-U; trình tự này trùng với mạch bổ sung (mạch 2) sau khi thay mọi T bằng U, và hoàn toàn khác mạch khuôn (mạch 1) — đây chính là điểm học sinh dễ nhầm nhất khi học phiên mã.

Sai lầm thường gặp

Sai lầm phổ biến nhất khi học phiên mã là viết nhầm T vào trình tự mRNA — ví dụ thấy mạch khuôn có A liền viết mRNA là T, đúng như thói quen khi DNA nhân đôi. Nhưng mRNA không chứa thymine: vị trí đó luôn là uracil (U). Một nhầm lẫn khác là tưởng mRNA giống hệt mạch khuôn — thực ra mRNA bổ sung với mạch khuôn, nên giống mạch bổ sung (mạch còn lại của gene) hơn, chỉ khác ở chỗ thay mọi T bằng U.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Phiên mã tổng hợp mRNA từ một mạch khuôn của gene, theo nguyên tắc bổ sung A-U, T-A, G-C, C-G. mRNA không chứa thymine — chỗ đó luôn là uracil. Vì bổ sung với mạch khuôn, mRNA có trình tự giống mạch bổ sung của gene, chỉ khác ở chỗ thay mọi T bằng U.

mRNA vừa tạo ra chưa phải protein — nó còn phải rời nhân, tới ribosome, và được đọc theo một quy tắc bộ ba mới tạo ra được chuỗi polypeptide. Đó là nội dung của bài dịch mã tiếp theo.