📖 Bài 40: Dịch mã và mối quan hệ từ gene đến tính trạng - lớp 9

1. Mã di truyền là gì?

• Khái niệm: Mã di truyền là một mật mã sinh học quy định thông tin về trình tự các amino acid trên chuỗi polypeptide dựa trên trình tự các nucleotide trên mRNA.
• Đặc điểm: Mã di truyền là mã bộ ba (codon), nghĩa là cứ 3 ribonucleotide đứng liền nhau trên mRNA sẽ quy định 1 loại amino acid.
• Số lượng: Có 4 loại ribonucleotide (A, U, G, C) tạo ra tổng cộng $4^3 = 64$ codon. Trong đó:
  • Có 61 codon có nhiệm vụ mã hoá cho 20 loại amino acid.
  • 1 codon mở đầu (AUG): Vừa có chức năng khởi đầu quá trình dịch mã, vừa mã hoá cho amino acid methionine.
  • 3 codon kết thúc (UAA, UAG, UGA): Làm nhiệm vụ phát tín hiệu kết thúc quá trình tổng hợp protein và không mã hoá amino acid nào.

2. Quá trình dịch mã

• Bản chất: Là quá trình "giải mã" trình tự các nucleotide trên mRNA thành trình tự các amino acid trên chuỗi polypeptide (protein). Quá trình này diễn ra tại ribosome trong tế bào chất.
• Diễn biến 3 giai đoạn:
  • Giai đoạn 1 (Khởi đầu): Ribosome gắn vào mRNA. Phân tử tRNA mang amino acid mở đầu (Methionine) tiến vào khớp với codon mở đầu (AUG) trên mRNA theo nguyên tắc bổ sung.
  • Giai đoạn 2 (Kéo dài): Ribosome trượt dọc trên mRNA. Các tRNA liên tục vận chuyển các amino acid tương ứng đến khớp với từng codon tiếp theo. Các amino acid này liên kết với nhau bằng liên kết peptide để tạo thành một chuỗi dài.
  • Giai đoạn 3 (Kết thúc): Khi ribosome trượt đến một trong 3 codon kết thúc (UAA, UAG hoặc UGA) thì quá trình dừng lại. Chuỗi polypeptide được giải phóng.

3. Mối quan hệ giữa gene và tính trạng

• Sơ đồ mối quan hệ: Gene (DNA) $\rightarrow$ mRNA $\rightarrow$ Protein $\rightarrow$ Tính trạng.
• Cơ chế: Gene (DNA) là bản gốc lưu giữ thông tin di truyền. Thông qua quá trình phiên mã, thông tin này được sao chép sang mRNA. Tiếp đó, mRNA qua quá trình dịch mã sẽ chỉ đạo tổng hợp nên chuỗi polypeptide (Protein). Cuối cùng, Protein thực hiện các chức năng trong tế bào và biểu hiện ra thành tính trạng của cơ thể.
• Lưu ý quan trọng: Tính trạng của sinh vật do gene quy định, nhưng sự biểu hiện của nó có thể bị chi phối bởi môi trường bên trong và bên ngoài cơ thể.

4. Em đã học

Từ bài học này, em cần ghi nhớ các điểm cốt lõi:

• Mã di truyền là trình tự nucleotide trên gene quy định thành phần và trình tự amino acid trên phân tử protein, qua phần tử trung gian mRNA. Mã di truyền là mã bộ ba (codon), từ 4 loại nucleotide tạo ra 64 loại codon.
• Sự đa dạng của mã di truyền trên phân tử mRNA tạo nên sự đa dạng về thành phần hoá học và cấu trúc của protein.
• Dịch mã là quá trình tổng hợp chuỗi polypeptide dựa trên trình tự nucleotide trên bản phiên mã là mRNA.
• Tính trạng ở sinh vật đều do gene quy định. Mối quan hệ giữa gene và tính trạng thể hiện qua dòng thông tin: gene (DNA) $\rightarrow$ mRNA $\rightarrow$ protein $\rightarrow$ tính trạng.
• Môi trường có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gene thành tính trạng.

5. Em có thể

• Sử dụng kiến thức về mã di truyền để giải thích cách gene quy định tính trạng (điều khiển các hoạt động sống của tế bào và cơ thể) thông qua dòng thông tin được truyền từ DNA tới protein qua mRNA.
• Giải thích được tại sao cùng một loài sinh vật (ví dụ: cây hoa hồng) nhưng mỗi cá thể lại có những đặc điểm khác nhau (ví dụ: có cây hoa đỏ, có cây hoa trắng, có cây hoa hồng,....).

6. Ví dụ thực tế ứng dụng kiến thức

• Từ điển chung của muôn loài: Một trong những điều kì diệu nhất của Sinh học là bảng mã di truyền 64 codon (Hình 40.1) được dùng chung cho gần như toàn bộ sinh quyển. Từ vi khuẩn, cây chuối, con chó cho đến con người, codon "AUG" luôn luôn được dịch mã thành amino acid "Methionine". Nhờ đặc tính này, các nhà khoa học có thể cắt một gene quy định sản xuất Insulin của người và ghép vào vi khuẩn, vi khuẩn sẽ đọc hiểu mã đó và sản xuất ra thuốc Insulin cứu sống bệnh nhân tiểu đường.
• "Sai một li, đi một dặm" trong mã di truyền: Quá trình dịch mã cực kì nghiêm ngặt. Nếu trong quá trình tái bản DNA bị lỗi (đột biến) làm thay đổi chỉ một chữ cái (nucleotide), nó có thể tạo ra một codon sai. Dẫn đến quá trình dịch mã gọi đến một amino acid sai, làm cấu trúc protein bị hỏng hoàn toàn. Ví dụ: Bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm ở người chỉ do một sai sót cực nhỏ ở codon thứ 6 trên chuỗi gene Hemoglobin.
• Hoa cẩm tú cầu - Bằng chứng của việc môi trường can thiệp vào tính trạng: Tại sao cùng một giống hoa cẩm tú cầu mang kiểu gene y hệt nhau, nhưng khi trồng ở Đà Lạt lại ra hoa màu xanh, mà mang về đồng bằng lại nở hoa màu hồng? Sách giáo khoa giải thích rằng tính trạng không chỉ do gene quyết định mà còn bị môi trường chi phối. Độ pH của đất (chua hay kiềm) đã tác động trực tiếp vào quá trình biểu hiện gene tạo sắc tố của hoa cẩm tú cầu, tạo ra sự thay đổi màu sắc kì diệu này.