ARN Được Tổng Hợp Từ Mạch Nào Của Gen? Đáp Án Chuẩn

Phân tử arn được tổng hợp từ mạch nào của gen? Trong quá trình phiên mã, ARN chỉ được tổng hợp từ một mạch duy nhất của gen mang tên là mạch mã gốc (hay mạch khuôn), có chiều 3′ → 5′. Mạch còn lại có chiều 5′ → 3′ gọi là mạch bổ sung (hoặc mạch mã hóa) và không tham gia làm khuôn phiên mã.

Nội dung dưới đây làm rõ cơ chế định hướng của enzyme ARN polymerase, quy tắc liên kết nucleotide và các điểm học sinh thường nhầm lẫn trong bài thi Sinh học.

Vì sao ARN chỉ được tổng hợp từ mạch có chiều 3′ → 5′?

Đặc tính hóa sinh của enzyme ARN polymerase quy định việc lựa chọn mạch khuôn. Enzyme này chỉ có khả năng xúc tác gắn thêm ribonucleotide tự do vào đầu 3′-OH của chuỗi polynucleotide đang kéo dài. Do đó, chuỗi phân tử ARN mới sinh bắt buộc phải phát triển theo chiều 5′ → 3′.

Để đảm bảo nguyên tắc đối song song trong cấu trúc axit nucleic, enzyme ARN polymerase buộc phải trượt trên mạch khuôn theo chiều ngược lại, tức chiều 3′ → 5′. Mạch có chiều 5′ → 3′ của gen không thể đóng vai trò làm khuôn tổng hợp ARN theo cơ chế này.

Cơ chế phiên mã và nguyên tắc bổ sung trên mạch khuôn

Quá trình tổng hợp ARN từ mạch mã gốc diễn ra qua ba giai đoạn liên tiếp:

• Khởi đầu: Enzyme ARN polymerase nhận biết và liên kết đặc hiệu với vùng điều hòa (promoter) nằm ở đầu 3′ của mạch mã gốc, sau đó tháo xoắn một đoạn DNA để lộ mạch khuôn.
• Kéo dài: ARN polymerase trượt dọc theo mạch mã gốc theo chiều 3′ → 5′. Các ribonucleotide tự do trong môi trường nội bào liên kết với các nucleotide trên mạch khuôn theo nguyên tắc bổ sung: A liên kết với U, T liên kết với A, G liên kết với X, và X liên kết với G.
• Kết thúc: Khi enzyme di chuyển đến trình tự kết thúc ở đầu 5′ của mạch mã gốc, enzyme dừng phiên mã, tách khỏi DNA và giải phóng phân tử ARN hoàn chỉnh.

Sau khi tổng hợp, trình tự ribonucleotide trên ARN giống hệt với trình tự nucleotide trên mạch bổ sung của gen, chỉ khác là gốc base Timin (T) được thay thế hoàn toàn bằng Uracil (U).

Điểm khác biệt trong phiên mã giữa sinh vật nhân sơ và nhân thực

Về vị trí diễn ra, tế bào nhân sơ thực hiện phiên mã tại vùng nhân thuộc tế bào chất vì không có màng nhân bao bọc. Tế bào nhân thực tiến hành quá trình này chủ yếu bên trong nhân tế bào tại kỳ trung gian của chu kỳ tế bào.

Về hệ enzyme, sinh vật nhân sơ chỉ sử dụng một loại ARN polymerase duy nhất để tổng hợp cả ba loại ARN (mRNA, tRNA, rRNA). Ngược lại, sinh vật nhân thực sử dụng nhiều loại ARN polymerase chuyên biệt (Pol I, Pol II, Pol III) cho từng loại bản mã.

Về biến đổi sau phiên mã, phân tử mRNA của sinh vật nhân sơ có thể tham gia dịch mã ngay khi đang tổng hợp. Ở sinh vật nhân thực, bản phiên mã sơ khai chứa các đoạn mang mã (exon) xen kẽ các đoạn không mang mã (intron), do đó phải trải qua quá trình cắt bỏ intron và nối exon tạo thành mRNA trưởng thành trước khi ra tế bào chất.

Những lỗi sai thường gặp khi làm bài thi về mạch gốc của gen

Học sinh thường mất điểm ở các câu hỏi trắc nghiệm liên quan đến phiên mã do nhầm lẫn các khái niệm sau:

• Nhầm chiều giữa mạch khuôn và chuỗi ARN: Mạch gốc DNA luôn có chiều 3′ → 5′, trong khi phân tử ARN được tổng hợp và kéo dài theo chiều 5′ → 3′. Đề bài thường đảo ngược thứ tự hai đầu để bẫy thí sinh.
• Nhầm cặp liên kết bổ sung A – U: Trên mạch gốc là nucleotide A thì môi trường cung cấp ribonucleotide U để liên kết. Ngược lại, trên mạch gốc là nucleotide T thì môi trường cung cấp ribonucleotide A, không có nucleotide T tự do trong phiên mã.
• Đồng nhất mạch khuôn của mọi gen: Trong một phân tử DNA dài chứa nhiều gen, mạch gốc của gen này có thể nằm trên mạch thứ nhất, nhưng mạch gốc của gen khác lại nằm trên mạch thứ hai. Mỗi gen chỉ dùng một mạch làm khuôn, nhưng không phải mọi gen trên cùng một phân tử DNA đều dùng chung một sợi đơn làm khuôn.