ARN là gì? Cấu trúc của ARN? Chức năng của ARN là gì?

1. Khái niệm ARN là gì?

ARN là bản sao của một đoạn DNA (tương thích với một gen). Ngoài ra, ở một số virus ARN là vật chất di truyền. ARN là phân tử sinh học, được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, đơn phân nuclêôtit. Mỗi đơn phân nuclêôtit được cấu hình từ 3 thành phần, đó là:

• Đường ribose: C5H10O5 (và trong DNA là deoxyribohydrate C5H10O4).
• Axit photphoric: H3PO4.
• 1 trong 4 đế trám (A, U, G, X).
• Các nuclêôtit chỉ khác nhau về thành phần của bazơ lấp đầy, vì vậy nucleotide được đặt tên theo bazơ no mà nó mang.
• Các ribonucleotide sẽ liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị giữa gốc (H3PO4) của ribonucleotide này với nhóm đường của ribonucleotide của ribonucleotide kia để tạo thành chuỗi polyribonucleotide.

2. Cấu trúc của ARN:

2.1. Cấu trúc hóa học:

ARN (axit ribonucleic) là một đại phân tử hữu cơ được tạo thành từ các nguyên tố C, H, O, N và P.

ARN là phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân, các đơn phân của ARN là các Nucleotit có dạng A, U, G, X. Từ 4 loại đơn phân này tạo nên tính đa dạng và đặc trưng cho ARN.

2.2. Cấu trúc không gian:

Có ba loại RNA chính trong tế bào:

• ARN thông tin (mARN): Có vai trò truyền đạt thông tin quyết định cấu trúc của prôtêin cần tổng hợp.
• ARN vận chuyển (tRNA): Thực hiện chức năng vận chuyển axit amin tương ứng đến nơi tổng hợp protein.
• ARN ribôxôm (rARN): Đơn vị cấu tạo nên ribôxôm, nơi tổng hợp prôtêin.

Khác với DNA, RNA chỉ có cấu trúc mạch đơn để tồn tại bền vững ngoài không gian, các nucleotide trên mạch đơn có thể liên kết với nhau tạo thành cấu trúc bền vững hơn.

3. Quá trình tổng ARN ( Quá trình phiên mã/sao mã):

3.1. Nguyên tắc tổng hợp:

• Thời gian, địa điểm: Quá trình tổng hợp ARN diễn ra trong nhân tế bào, ở các kì trung gian các nhiễm sắc thể có dạng sợi.

• Nguyên tắc: Quá trình tổng hợp ARN dựa trên NTBS, trong đó A trên mạch mẹ liên kết với U, T trên mạch mẹ liên kết với A, G liên kết với X và X liên kết với G.

3.2. Quá trình tổng hợp ARN:

Bước 1: Khởi đầu

Enzym ARN polymerase sẽ gắn vào vùng điều hòa để mở xoắn gen làm bộc lộ mạch 3′ → 5′ và bắt đầu tổng hợp mARN tại vị trí xác định.

Bước 2: Kéo dài chuỗi ARN

Enzim ARN polymeraza trượt dọc theo mạch mẹ trên gen 3′ → 5′ và các nucleotit trong môi trường nội bào liên kết với các nucleotit trên mạch gốc dựa trên nguyên tắc bổ sung:

A mạch gốc – U tự do

T mạch gốc – A tự do

G mạch gốc – X tự do

X mạch gốc – G tự do

Bước 3: Kết thúc

Khi enzim di chuyển đến điểm cuối của gen thì tín hiệu kết thúc, quá trình phiên mã dừng lại và phân tử ARN được giải phóng. Vùng nào trên gen vừa phiên mã xong thì hai mạch đơn sẽ đóng lại ngay.

Kết quả: Từ gen ban đầu tạo ra ARN tham gia tổng hợp prôtêin ngoài nhân.

3.3. Mối quan hệ giữa gen và ARN:

Gen (gốc của gen) là khuôn để tổng hợp sợi ARN

Bản chất của mối quan hệ: Trình tự các nuclêôtit trên gen quyết định trình tự các nuclêôtit trên phân tử ARN.

4. Các loại ARN và chức năng:

Có 3 loại ARN, mỗi loại lại thực hiện các chức năng khác nhau, cụ thể:

– ARN vận chuyển (transfer RNA)

ARN vận chuyển, viết tắt là tARN, có cấu trúc ba thùy, trong đó một số thùy mang bộ ba, bổ sung cho bộ ba mã hóa axit amin trên phân tử mARN. tARN có nhiệm vụ chuyển axit amin đến ribôxôm để tổng hợp chuỗi polipeptit.

– ARN riboxom (ribosomal RNA)

ARN ribôxôm viết tắt là rARN. Có cấu trúc mạch đơn nhưng nhiều vùng nuclêôtit liên kết và bổ sung cho nhau tạo cấu trúc vùng xoắn kép cục bộ. rARN liên kết với prôtêin để tạo thành ribôxôm. rARN là loại ARN có nhiều liên kết hydro trong phân tử và chiếm số lượng lớn nhất trong tế bào.

– ARN thông tin (messenger RNA)

Được tạo thành từ một chuỗi polynucleotide ở dạng chuỗi thẳng, mRNA có chức năng truyền thông tin từ mạch gốc trên DNA sang chuỗi polypeptide. Để thực hiện chức năng truyền thông tin từ ADN sang prôtêin, ARN đã:

Trình tự nucleotide đặc hiệu giúp ribosome tiếp nhận và gắn vào RNA

Initiation code : Mã kích hoạt tín hiệu

Codon mã hóa axit amin

Mã kết thúc: Mang thông tin kết thúc quá trình biên dịch

5. So sánh ADN với ARN:

5.1. Giống nhau:

Đều là axit hữu cơ – axit nucleic

Cấu tạo từ 5 nguyên tố hóa học C, H, O, N, P

Tính chất đại phân tử, có khối lượng và kích thước lớn

Angle có cấu trúc cao phân tử gồm nhiều đơn phân là nuclêôtit, có 3 loại nuclêôtit trong 1 giống nhau là: A, G, X

Các góc rất đa dạng và độc đáo do số lượng, thành phần và cách sắp xếp các nuclêôtit

Góc kết cấu xoắn

Các nucleotit trên mạch đơn liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị.

Đều liên quan đến thông tin chuyển động và tổng hợp protein.

So sánh ADN với ARN

5.2. Khác nhau:

ADN	ARN
Có Kích thước và khối lượng lớn hơn	Có Kích thước và khối lượng nhỏ hơn
Đơn phân của ADN là các nucleotit A, T, G, X ( có T không có U)	Đơn phân của ARN các nucleotit A, U, G, X (có U không có T)
Có NTBS và liên kết hidro trong cấu trúc	Không có NTBS và liên kết hidro trong cấu trúc
Gồm có 2 mạch đơn	Gồm 1 mạch đơn
Trong ADN có đường đêôxiribôzơ C5H10O4, bazơ nitric (A, T, G, X) và axit H3PO4.	Trong  ARN  có  đường  ribôzơ C5H10O5, bazơ nitric (A, U, G, X) và axit H3PO4.
Chức năng: + Mang thông tin di truyền mã gốc Mang gen quy định cấu trúc của phân tử prôtêin	Chức năng: + Mang thông tin di chuyển bản mã Trực tiếp tham gia tổng hợp prôtêin

6. Bài tập về ARN:

Câu 1: Hãy cho biết, Trong tế bào nhân sơ, xét một gen dài 4080 Å, có 560 Ađênin. Mạch đơn thứ nhất của gen có 260 Ađênin và 380 Guanin, gen này phiên mã cần môi trường nội bào cung cấp 600 Uraxin.

1. Tính số lượng từng loại nuclêôtit trên gen.

2. Tính số lượng từng loại nuclêôtit trên mạch mang mã gốc của gen.

3. Tính số lượng nuclêotit từng loại trên mARN do gen phiên mã.

Trả lời

1. Tính số lượng từng loại nuclêôtit trên gen.

– N =(4080 x 2)/3,4 = 2400 (nuclêôtit)

 – A = T = 560 → G = X = (2400 – 2 x 560)/ 2 = 640.

2. Tính số lượng từng loại nuclêôtit trên mạch mang mã gốc của gen.

Theo NTBS, A1 = T2 = 260

G1 = X2 = 380.

X1 = G2 = Ggen – G1= 640 – 380 = 260.

T1 = A2 = A – A1 = 560 – 260 = 300.

Do Umtcc = Agốc= 600 → mạch 2 là mạch gốc.

3. Tính số lượng nuclêotit từng loại trên mARN do gen phiên mã.

Do mạch 2 là mạch gốc nên trên mARN có

A = Tgốc = 260; U = Agốc = 300; G = Xgốc = 380; X = Ggốc = 260.

Câu 2: Hãy so sánh quá trình nhân đôi ADN và quá trình sinh tổng hợp ARN.

Trả lời

a. Giống nhau

– Đều là cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử

– Đều diễn ra trong nhân tế bào ở kì trung gian

– Đều dựa trên NTBS và mạch khuôn ADN

– Cả hai quá trình đều cần sử dụng nguyên liệu nội bào, năng lượng và enzim

– Chiều tổng hợp luôn là 3’ → 5’

b. Khác nhau

Đặc điểm	Quá trình tự sao	Quá trình sao mã
Nguyên liệu	Các nuclêôtit A, T, G, X.	Các ribônuclêôtit A, U, G, X.
Số lượng mạch khuôn	Cả 2 mạch ADN đều làm khuôn.	Chỉ có mạch mang mã gốc làm khuôn.
Cơ chế tổng hợp	Các Nuclêôtit trong môi trường được lắp ráp theo chiều 5’ 3’ dựa trên trình tự của mạch khuôn. Liên kết hiđrô được hình thành giữa nuclêôtit mới của môi trường và nuclêôtit của ADN mẹ tạo nên ADN mới.	Các ribônuclêôtit trong môi trường được lắp ráo theo chiều 5’ 3’ dựa trên trình tự của mạch khuôn. Sau khi hình thành sợi ARN, những liên kết hi đr ô được cắt đứt, sợi ARN tách khỏi gen tạo thành ARN hoàn chỉnh.
Enzim chủ yếu	ADN – pôlimeraza	ARN – pôlimeraza
Nguyên tắc thực hiện	NTBS, nguyên tắc bán bảo tồn (bảo toàn)	Chỉ có NTBS
Kết quả	Từ một sợi DNA, hai sợi con giống hệt nhau và sợi DNA mẹ được tạo ra.	Mỗi lần tổng hợp được 1 ARN mang mã hóa mạch khuôn của gen.
Ý nghĩa	Là cơ sở vững chắc cho sự hình thành các nhiễm sắc thể kép cho cơ chế phân chia giảm phân bình thường, thông tin di truyền được ổn định qua các thế hệ tế bào và cơ thể.	Là cơ sở đảm bảo cho gen cấu trúc tổng hợp nên prôtêin dựa trên thông tin di truyền của chúng.

Câu 3: ARN được tổng hợp dựa theo nguyên tắc nào? Nêu bản chất mối quan hệ giữa gen và ARN là gì.

Trả lời

– Quá trình tổng hợp ARN theo nguyên tắc:

Bản mẫu:ARN được tổng hợp từ một sợi đơn của gen.

+ Nguyên tắc bổ sung: các nuclêôtit trên gen và môi trường nội bào liên kết thành từng cặp theo nguyên tắc: A–U; T-A ; G–X; X – GU

 – Mối quan hệ giữa gen và ARN: trình tự các nuclêôtit sắp xếp trên mạch khuôn của gen quyết định trình tự nuclêôtit trên ARN.

Câu 4: Một đoạn ARN có trình tự sắp xếp của các nuclêôtit như sau: -A-G-U-A-U-X-G-U- . Xác định trình tự các nuclêôtit trong đoạn gen đã tổng hợp ra đoạn mạch ARN trên một cách chính xác?

Trả lời

Đoạn ARN có trình tự sắp xếp của các nuclêôtit: -A-G-U-A-U-X-G-U-

Trình tự các nuclêôtit trong đoạn gen đã tổng hợp ra đoạn mạch ARN trên:

Mạch gốc: -T-X-A-T-A-G-X-A-

Mạch bổ sung: -A-G-T-A-T-X-G-T-