Giáo trình Di truyền học - Chương 17: Từ gen đến protein

để có chức năng xúc tác của ribozyme, 
cũng giống nh− ở các enzym là protein vậy. Thứ hai, giống với 
một số axit amin trong các enzym là protein, một số bazơ 
nucleotit của ARN mang các nhóm chức có thể tham gia vào 
các hoạt động xúc tác. Thứ ba, các ARN có khả năng hình 
thành liên kết hydro với các phân tử axit nucleic khác (ARN 
hoặc ADN); điều này làm tăng tính đặc hiệu trong hoạt động 
xúc tác của nó. Chẳng hạn nh−, sự kết cặp bổ sung giữa các 
bazơ trong thành phần ARN của spliceosome với các bazơ trên 
phân tử tiền-mARN giúp định vị chính xác vị trí mà các 
ribozyme sẽ xúc tác phản ứng ghép nối ARN. ở phần sau 
ch−ơng này, chúng ta sẽ thấy các thuộc tính của ARN còn giúp 
nhóm phân tử này thực hiện một số chức năng quan trọng khác 
(ngoài chức năng xúc tác) trong hoạt động sống của tế bào; ví 
dụ nh− việc nhận ra các mã bộ ba (codon) trên phân tử mARN. 
Tầm quan trọng về chức năng và tiến 
hóa của các intron 
Một câu hỏi đ−ợc đặt ra là: chức năng sinh học của các intron 
và sự ghép nối ARN là gì? Nếu nh− đối với phần lớn intron đến 
nay ch−a xác định đ−ợc rõ chức năng sinh học cụ thể, thì ít nhất 
một số intron đã biết chứa các trình tự tham gia điều hòa hoạt 
động của các gen. Và bản thân quá trình ghép nối ARN là điều 
kiện tiên quyết để mARN có thể đi từ nhân ra tế bào chất. 
Một trong những hậu quả của việc các gen có intron là một 
gen duy nhất có thể mã hóa cho nhiều hơn một loại chuỗi 
polypeptit. Đến nay chúng ta đã biết nhiều gen có thể mã hóa 
cho hai hoặc nhiều chuỗi polypeptit khác nhau tùy thuộc vào 
việc những phân đoạn nào đ−ợc chọn là exon trong quá trình 
hoàn thiện mARN; quá trình này đ−ợc gọi là sự ghép nối ARN 
thay thế. Chẳng hạn nh−, sự phân biệt giới tính ở ruồi giấm chủ 
yếu là do các con đực và con cái khác nhau về cách ghép nối 
ARN khi phiên mã ở một số gen nhất định. Các kết quả từ Dự 
án Hệ gen Ng−ời (xem Ch−ơng 21) cũng cho thấy: cơ chế ghép 
nối ARN thay thế có thể là một trong những nguyên nhân cơ 
bản giúp con ng−ời mặc dù có tổ chức cơ thể cao, nh−ng chỉ 
cần một số l−ợng gen hạn chế - −ớc tính chỉ gấp r−ỡi so với ruồi 
giấm. Nhờ cơ chế ghép nối ARN thay thế, số loại sản phẩm 
protein mà mỗi cơ thể có thể tạo ra có thể lớn hơn nhiều so với 
số l−ợng gen mà cơ thể đó có. 
Các protein th−ờng có cấu tạo dạng môđun gồm nhiều vùng 
cấu trúc và chức năng tách biệt, đ−ợc gọi là các miền. Chẳng 
hạn nh−, một miền của một enzym có bản chất protein chứa vị 
trí xúc tác, trong khi một miền khác của nó làm nhiệm vụ liên 
kết protein với màng tế bào. Trong một số tr−ờng hợp, các exon 
khác nhau mã hóa cho các miền khác nhau của cùng một 
protein (Hình 17.12). 
Sự có mặt của các intron trong gen có thể thúc đẩy sự tiến 
hóa nhanh của các protein có tiềm năng mới nhờ quá trình đ−ợc 
gọi là sự xáo trộn exon. Sự có mặt của các intron làm tăng xác 
suất trao đổi chéo giữa các exon thuộc các gen alen với nhau - 
đơn giản bởi vì chúng cung cấp thêm “nền” cho sự trao đổi 
chéo mà không làm gián đoạn các trình tự mã hóa. Ngoài ra, 
cũng có thể có sự bắt cặp và đôi khi trộn lẫn giữa các exon 
thuộc các gen hoàn toàn khác nhau (không alen với nhau). Dù 
cho sự xáo trộn exon xảy ra theo kiểu nào, thì đều có thể dẫn 
đến sự hình thành các protein mới với những tổ hợp chức năng 
mới. Tuy phần lớn tr−ờng hợp xáo trộn exon là không có lợi, 
nh−ng đôi khi cũng có thể xuất hiện các tổ hợp biến dị có lợi. 

 Hình 17.12 Sự t−ơng đồng giữa giữa các exon và 
các miền trên phân tử protein. 
Miền 1 
Polypeptit 
Miền 3 
Miền 2 
Gen 
ADN 
Phiên mã
Hoàn thiện ARN
Dịch mã
17.3 
1. Sự biến đổi ở các đầu 5’ và 3’ của tiền m-ARN ảnh h−ởng 
nh− thế nào đến phân tử mARN rời khỏi nhân tế bào? 
2. Tại sao nói ghép nối ARN giống với biên tập video? 
3.
ở giun tròn, một gen mã hóa cho 
ATPase có hai kiểu ghép nối ARN thay thế ở exon 4 và 
ba kiểu ghép nối ARN thay thế ở exon 7. Có bao nhiêu 
dạng protein mà gen này có thể tạo ra? 
 Xem gợi ý trả lời ở Phụ lục A. 
Kiểm tra khái niệm 
điều gì nếu 
 Ch−ơng 17 Từ gen đến protein 337 
Trong mục này, chúng ta sẽ xem xét kĩ hơn bằng cách nào 
dòng thông tin di truyền có thể đi từ mARN tới protein qua quá 
trình đ−ợc gọi là dịch mã. Cũng giống nh− quá trình phiên mã, 
chúng ta sẽ tập trung vào những b−ớc cơ bản chung của dịch 
mã diễn ra ở vi khuẩn và sinh vật nhân thật; sau đó sẽ đề cập 
đến các đặc điểm khác biệt chính giữa chúng. 
Các thành phần phân tử của dịch m 
Trong quá trình dịch mã, tế bào tiến hành “thông dịch” thông 
điệp di truyền trên phân tử mARN hoàn thiện thành chuỗi 
polypeptit t−ơng ứng. Thông điệp di truyền là chuỗi các bộ ba 
nucleotit trên phân tử mARN, còn “thông dịch viên” là các 
ARN vận chuyển (tARN). Chức năng của tARN là vận 
chuyển các axit amin có trong tế bào chất tới các ribosome. 
Mọi tế bào đều có nguồn dự trữ trong tế bào chất của tất cả 20 
loại axit amin; tế bào có đ−ợc nguồn dự trữ này hoặc thông qua 
các quá tổng hợp chúng từ các phân tử tiền thân hoặc hấp thụ từ 
môi tr−ờng dinh d−ỡng xung quanh. Sau khi axit amin đ−ợc 
tARN vận chuyển đến ribosome, nó đ−ợc ribosome gắn kết vào 
chuỗi polypeptit đang kéo dài (Hình 17.13). 
Các phân tử tARN không giống nhau hoàn toàn. Nguyên lí 
dịch mã di truyền từ một phân tử mARN thành một chuỗi trình 
tự axit amin đặc thù dựa trên hiện t−ợng mỗi loại tARN th−ờng 
chỉ dịch một bộ ba nucleotit (codon) trên mARN thành một axit 
amin đặc thù. Khi một phân tử tARN đến ribosome, nó mang 
theo một axit amin đặc thù t−ơng ứng với nó ở một đầu của 
phân tử. ở đầu đối diện, tARN mang một bộ ba nucleotit đ−ợc 
gọi là bộ ba đối mã (anticodon); đây chính là bộ ba kết cặp bổ 
sung với bộ ba mã hóa trên mARN. Ví dụ nh−, nếu bộ ba mã 
hóa trên mARN là UUU, thì sẽ đ−ợc dịch mã thành 
phenylalanine. Phân tử tARN làm nhiệm vụ “thông dịch” ở đây 
có một đầu mang bộ ba đối mã là AAA có thể hình thành liên 
kết hydro với bộ ba mã hóa UUU; trong khi đó, đầu kia mang 
phenylalanine (xem tARN ở giữa ribosome trên Hình 17.13). 
Khi mARN dịch chuyển qua ribosome, axit amin phenylalanine 
sẽ đ−ợc bổ sung vào chuỗi polypeptit bất cứ khi nào bộ ba mã 
hóa trên mARN là UUU. Từ trật tự liên tục của các codon, 
thông điệp di truyền sẽ đ−ợc dịch mã thông qua việc các tARN 
nhập các axit amin theo một thứ tự xác định, còn ribosome sẽ 
tiến hành nối lần l−ợt các axit amin đó vào chuỗi polypeptit. Sở 
dĩ tARN đ−ợc gọi là “thông dịch viên”, vì nó đồng thời vừa đọc 
đ−ợc ngôn ngữ của axit nucleic (các codon trên mARN) vừa 
dịch đ−ợc sang ngôn ngữ của protein (trình tự các axit amin). 
Nguyên lí cơ bản của dịch mã là đơn giản, song cơ chế hóa 
sinh và phân tử là t−ơng đối phức tạp, đặc biệt là ở tế bào sinh 
vật nhân thật. Để dễ theo dõi, chúng ta sẽ tập trung đề cấp tr−ớc 
tiên về mô hình dịch mã ở vi khuẩn vốn ít phức tạp hơn, với 
việc đầu tiên xem xét về các thành phần chính của bộ máy dịch 
mã. Sau đó, chúng ta sẽ tìm hiểu bằng cách nào các thành phần 
này phối hợp với nhau để có thể tạo nên một chuỗi polypeptit. 
Cấu trúc và chức năng của ARN vận chuyển 
Giống với mARN và các loại ARN khác trong tế bào, các phân 
tử ARN vận chuyển đ−ợc phiên mã từ các mạch khuôn ADN. ở 
sinh vật nhân thật, giống với mARN, tARN cũng đ−ợc tổng 
hợp trong nhân tế bào rồi sau đó mới đ−ợc vận chuyển ra tế bào 
chất và dùng cho quá trình dịch mã. ở cả tế bào vi khuẩn và 
sinh vật nhân thật, mỗi phân tử tARN đều có thể đ−ợc dùng lặp 
lại nhiều lần; mỗi lần, nó nhận một axit amin đặc thù tại phần 
bào tan (cytosol) của tế bào chất, rồi đ−a đến ribosome để lắp ráp 
vào chuỗi polypeptit đang kéo dài; sau đó, nó rời khỏi ribosome và 
sẵn sàng cho một chu kỳ vận chuyển axit amin tiếp theo. 
Một phân tử tARN chỉ gồm một mạch đơn ARN duy nhất 
có chiều dài khoảng 80 nucleotit (so với hàng trăm nucleotit 
của phần lớn các mARN). Tuy vậy, do có các đoạn trình tự bổ 
sung có thể hình thành liên kết hydro với nhau trong mỗi phân 
tử, mạch ARN đơn duy nhất này có thể tự gập xoắn để tạo nên 
một phân tử có cấu hình không gian ba chiều ổn định. Nếu vẽ 
17.4 Khái niệm 
Dịch m là quá trình tổng hợp 
một chuỗi polypeptit do ARN 
điều khiển: Quan sát gần hơn 

 Hình 17.13 Dịch mã: khái niệm cơ bản. Khi phân tử 
mARN di chuyển qua ribosome, các bộ ba mã hóa (codon) 
đ−ợc dịch mã thành các axit amin theo thứ tự từng axit amin 
một. "Thông dịch viên" là các phân tử tARN, mỗi loại có một bộ 
ba đối mã (anticodon) đặc thù tại một đầu, đồng thời mang axit 
amin đặc thù t−ơng ứng ở đầu kia. tARN bổ sung axit amin mà 
nó đang vận chuyển vào chuỗi polypeptit đang kéo dài cùng lúc 
với khi bộ ba đối mã của nó tạo liên kết hydro với bộ ba mã hóa 
trên phân tử mARN. Hình ảnh đa ph−ơng tiện tại trang web d−ới 
đây minh họa chi tiết hơn quá trình dịch mã ở tế bào vi khuẩn. 
tARN 
Các codon 
Ribosome 
Anticodon 
ADN Phiên mã 
Các axit aminChuỗi polypeptit
mARN
Dịch mã 
mARN 
Ribosome 
Polypeptit 
Thăm trang web 
để xem hình ảnh động ba chiều 
về quá trình tổng hợp protein. 
Đa ph−ơng tiện 
338 khối kiến thức 3 Di truyền học 
sự kết cặp giữa các đoạn nucleotit của tARN với nhau trên mặt 
phẳng, thì tARN có cấu trúc giống một chiếc lá gồm nhiều thùy 
(Hình 17.14a). Trong thực tế, các phân tử tARN th−ờng vặn và 
gập xoắn thành cấu trúc không gian có dạng chữ L (Hình 
17.14b). Một vòng thòng lọng mở ra từ một đầu chữ L mang bộ 
ba đối mã (anticodon); đây là bộ ba nucleotit đặc thù của tARN 
kết cặp bổ sung với bộ ba mã hóa (codon) t−ơng ứng trên 
mARN. Từ một đầu khác của phân tử tARN dạng chữ L nhô ra 
đầu 3’; đây là vị trí đính kết của axit amin. Vì vậy, có thể thấy 
cấu trúc của tARN phù hợp với chức năng của nó. 
Sự dịch mã chính xác từ mARN đến protein đ−ợc quyết 
định bởi hai quá trình đều dựa trên cơ chế nhận biết phân tử. 
Đầu tiên, đó là phân tử tARN liên kết với codon trên mARN 
nhất định phải vận chuyển tới ribosome đúng loại axit amin mà 
codon đó mã hóa (mà không phải bất cứ loại axit ami