Vì sao mã di truyền là mà bộ 3

Mã di truyền là phần mật mã quy định thông tin về trình tự các amino acid đã được mã hoá dưới dạng trình tự các nucleotide trên gen. Hình thức mã hoá này thống nhất ở hầu hết các loài sinh vật, trong đó, ba nucleotide liên tiếp trên mạch mã gốc DNA của gene, sẽ quy định một loại amino acid nhất định. Do đó, mã di truyền còn được gọi là mã bộ ba, và tổ hợp ba nucleotide được gọi là một bộ ba mã hoá. Trong DNA có bốn loại nucleotide khác nhau bởi các gốc nucleobase là Adenine (viết tắt là A), Thymine (viết tắt là T), Cytosine (tiếng Việt còn gọi là Xytosine, viết tắt là X hoặc C), và Guanine (viết tắt là G). Các bộ ba nucleotide trong mỗi mạch đơn của chuỗi xoắn kép DNA khi giảm phân, là một tổ hợp của 3 trong bốn loại nucleotide này, gọi là Triplet. Từ các mạch đơn DNA này được các RNA thông tin nhân bản lên thành các mã sao. Quá trình này các Triplet được sao thành các codon của RNA. Nhưng các codon khác với triplet, (đây là bản sao âm bản của triplet thay vì sao nguyên bản), codon là bộ ba các ribo-nucleotide có gốc là nucleobase đối ứng với các nucleobase của nucleotide trong triplet đối ứng gốc (Nguyên tắc bổ sung). Nhưng A không đối ứng thành T (như trong 2 mạch của chuỗi xoắn kép DNA) mà thành Uracil (U) của RNA thông tin. Còn T vẫn đối ứng thành A, và X (C) và G thì vẫn đối ứng với nhau (X (C) thành G, và G thành X (C)).

• Mã di truyền được đọc liên tục từ mã khởi đầu (AUG với codon) theo từng bộ ba nucleotide mà không gối lên nhau.
• Mã di truyền có tính đặc hiệu: Một codon chỉ mã hoá cho 1 amino acid.
• Mã di truyền có tính phổ biến: Tất cả các hệ thống sinh học đều sử dụng mã di truyền là mã bộ ba và dùng một bảng mã chung, đặc điểm này được gọi là tính phổ biến của mã di truyền. Tính phổ biến của mã di truyền được biểu hiện đồng thời với các đặc tính chung của mã bộ ba:            +Các mã bộ ba tên mARN luôn được đọc theo chiều 5’->3’.            +Kể từ mã bắt đầu, các mã bộ ba luôn được đọc liên tục không ngắt quãng cho đến khi gặp mã kết thúc.            Tuy vậy ở một số hệ thống, mã di truyền có một số biến đổi so với các mã chuẩn như hệ gen ti thể ở eukaryote:            +UGA không dùng làm mã kết thúc, nó mã hóa cho Trp. Nên bộ ba đối mã trên phân tử tARNTrp đồng thời nhận ra hai mã UCC và UCA trên m ARN.            +Các mã AUG và AUA đồng thời được dùng để mã hóa Met trên chuỗi polypeptide.            +Ở động vật có vú, các mã AGA và AGG không dùng để mã hóa Arg mà dùng làm mã kết thúc -> hệ gen ti thể có 4 mã kết thúc là UAA, UAG, AGA, AGG.            +ở ruồi giấm, hai mã AGA và AGG không mã hóa cho Arg mà mã hóa cho Ser.            Ngoài ra điều này còn có thể bắt gặp ở một số vi khuẩn và hệ gen nhân ở một số eukaryote. Ví dụ, vi khuẩn Mycoplasma capricolum dùng UGA (phổ biến là mã kết thúc) để mã hóa cho Trp. Tương tự như vậy, một số nguyen sinh động vật sử dung các mã kết thúc phổ biến là UAA và UGA để mã hóa Gln, hoặc như nấm men canlida dùng mã CUG (phổ biến mã hóa cho Leu) để mã hóa Ser.
• Mã di truyền có tính thoái hoá: 1 amino acid được mã hoá bởi nhiều codon khác nhau, trừ AUG và UGG. Tính suy thoái của mã di truyền có ý nghĩa tích cực với sự sống còn của tế bào.Trong 64 mã bộ ba, có 3 mã kết thúc và 61 mã bộ ba mã hóa cho 20 axit amin phổ biến. Có nghĩa là một số axit amin được mã hóa bởi nhiều bộ ba khác nhau. Hiện tượng này được gọi là tính thoái hóa của mã bộ ba. Các mã bộ ba dùng để mã hóa axit amin được gọi là mã bộ ba đồng nghĩa, tức là thường có 2 nucleotide đầu giống nhau, nucleotide thứ ba hoặc là C hoặc U, hoặc là A hoặc G. Tuy nhiên, nguyên tắc này không phải lúc nào cũng đúng, điển hình là với axit amin Leu được mã hóa bởi bộ ba UUA, UUG, CUU, CUC, CUA và CUG hay Arg được mã hóa bởi CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG.            Sự thoái hóa của mã bộ ba giải thích cho hiện tượng tỉ lệ AT/GC ở phần lớn các loài là khác nhau, nhưng thành phần axit amin trong protein của chúng lại giống nhau.Nhờ vậy, sai sót dịch mã được giảm thiểu (G≡C có lực liên kết lớn hơn so với liên kết A=U, nên nếu 2 nucleotide đầu tiên là G/C thì khả năng kết cặp sai trong dịch mã ở nucleotide thứ ba rất dễ xảy ra, và việc sử dụng bất kỳ một nucleotide trong số 4 nucleotide ở vị trí thứ ba để mã hóa cho cũng một axit amin giúp giảm thiểu hậu quả đột biến).

Theo vị trí của mã di truyền, thì mã di truyền được chia làm ba loại

• Triplet hay bộ ba mã gốc là mã di truyền trên gen.
• Codon hay bộ ba phiên mã là mã di truyền trên RNA thông tin.
• Anticodon hay bộ ba đối mã là mã di truyền trên RNA vận chuyển.

Năm 1966, tất cả 64 codon đã được giải hoàn toàn bằng thực nghiệm. Sau đây là bảng các codon và amino acid tương ứng [1]

1. ^ SGK Sinh học 12, trang 8

  Phương tiện liên quan tới Genetic code tại Wikimedia Commons

Bộ ba mã di truyền là tập hợp 3 nucleotide liền nhau trên phân tử axit nucleic mang thông tin về amino acid và tiến trình dịch mã.[1][2]

Đây là thuật ngữ thuộc lĩnh vực di truyền học phân tử, trong tiếng Anh thuật ngữ này là triplet genetic code, thường được gọi tắt là "triplet code" (mã bộ ba),[3][4] hoặc đơn giản hơn nữa là "code" (mã) hay "codon" (đơn vị mã) hay "triplet" (bộ ba).[5][6][7] Tập hợp các bộ ba tạo thành mã di truyền (genetic code).[8]

Nội hàm của thuật ngữ này dùng để chỉ "mã di truyền" (genetic code) gồm ba vật thể cùng loại (triplet) là ba nuclêôtit; ngoại diện của thuật ngữ chỉ "3 vật thể cùng loại" ở đây là 3 nuclêôtit có chứa thông tin di truyền.[3]

Ví dụ

Hai người nọ muốn viết thư bí mật, quy ước với nhau: chữ A là số 001, chữ B là số 002, chữ C là số 003 v.v. Người ta nói: chữ A được mã hóa bởi số 001, chữ B là số 002 v.v. Vậy:

• Đây là loại mật mã bằng số, mỗi đơn vị mã (codon) gồm 3 chữ số nên gọi là mã bộ ba (triplet).
• Nếu muốn viết từ "CA", cần chuyển thành số "003 001", thì đấy là mã hóa (encode).
• Muốn đọc thư, người nhận tra từ điển, chuyển mỗi đơn vị mã thành một chữ, nghĩa là giải mã (decode), nhờ đó dãy số chuyển đổi thành từ hiểu được - đó là dịch mã (translation).[9]

Các loại bộ ba

Trong quá trình nghiên cứu Sinh học phân tử ở bậc phổ thông, nên phân biệt (dù không bắt buộc) các khái niệm: mã gốc, mã có nghĩa, mã phiên và đối mã.

• Mã gốc là mã di truyền trên mạch gen được dùng làm khuôn để tổng hợp ra mRNA.[5] Mạch này trong di truyền học phân tử gọi là mạch đối nghĩa (antisense strand),[10] nên còn có thể nói mã gốc là mã đối nghĩa.
• Mã có nghĩa là bộ ba trên mạch gen bổ sung với mạch mã gốc.[10] Mã này mang thông tin về amino acid, nhưng lại không phải là khuôn tổng hợp mRNA.
• Mã phiên là mã của mRNA, phân bố trên chuỗi mRNA (RNA thông tin), được tạo ra trong quá trình phiên mã.
• Đối mã là bộ ba của tRNA dùng để khớp với mã phiên của mRNA tương ứng, từ đó tRNA giải mã thành amino acid mà tạo nên bản dịch (chuỗi pô-li pep-tit). (Xem sơ đồ cụ thể hóa quan hệ DNA→mRNA→Prô-tê-in).
• Codon và triplet là hai khái niệm ở Sinh học phân tử có nội hàm như nhau, trong đó "codon" là một đơn vị mã, còn "triplet" là một tập hợp ba vật thể giống nhau (như ba trẻ đồng sinh thì cũng gọi là triplet). Tuy nhiên có tác giả lại quy ước: "côđon là bộ ba của RNA, còn triplet là bộ ba của DNA mã hoá".[5]

• Sau khi mô hình DNA được khám phá và công bố năm 1953,[7] các nhà khoa học mà chủ yếu là Francis Crick và James Dewey Watson đã giả thuyết rằng: DNA mã hóa RNA, còn RNA mã hóa prôtêin từ đó đặc điểm của cơ thể được hình thành.[11] Giả thuyết này được tóm tắt bằng sơ đồ mà hiện nay, học sinh trung học nào cũng biết, nói lên vai trò trung tâm trong cơ chế di truyền là thuộc về DNA, mà không phải là prôtêin như trước đó khẳng định:

DNA → RNA → Protein → Tính trạng.

Sơ đồ này được xem là một trong những nền tảng của luận thuyết trung tâm (central dogma) nói trên.[12]

Từ sơ đồ, có thể mô tả là: Mã gốc → Mã phiên → Bản dịch.

• Theo chính Crick, thì George Gamow là người đầu tiên giả định mỗi đơn vị mã di truyền (codon) là một bộ ba (triplet).[13] Sau đó, Marshall Nirenberg và Heinrich J. Matthaei là những người đầu tiên khám phá ra bản chất của một đơn vị mã (codon) vào năm 1961.[7], [14] Đến năm 1964, bảng mã di truyền được công bố trên tạp chí Nature, trong đó 64 bộ ba của mRNA được xác định nhờ M.W. Nirenberg cùng cộng sự và H.G. Khorana, được trao giải Nobel 1968.[15] Thành tựu này giúp ta hiểu rằng: mỗi đơn vị mã (codon) gồm một bộ ba (triplet) nucleotide. Các khám phá tiếp theo về cấu trúc và chức năng của tRNA (RNA vận chuyển) chủ yếu do công lao của Alex Rich và Don Caspar (ở Boston), của Jacques Fresco và cộng sự (ở Princeton) và một nhóm các nhà khoa học Anh ở King's College Luân Đôn. Năm 1965, Robert W. Holley thuộc Đại học Cornell đã công bố cấu tạo của tRNA, rồi lần lượt là thành tựu kết tinh tRNA nhờ Robert M. Bock; cuối cùng được xác nhận bằng các nghiên cứu tinh thể học nhờ tia X vào năm 1974 bởi hai nhóm độc lập nhau gồm Alexander Rich và Kim Sung-Hou, còn nhóm kia do Aaron Klug đứng đầu.[16] Nhờ vậy mà ta biết được tRNA có đối mã (anticodon) và cấu trúc 3D của nó. Như vậy, theo sơ đồ của luận thuyết trung tâm, DNA mang mã gốc sẽ được chuyển đổi thành mã phiên của RNA thông tin, rồi mã phiên này được RNA vận chuyển có đối mã mà giải mã này thành a-xit a-min tương ứng trong quá trình dịch mã, từ đó tính trạng hình thành.

• Trong Di truyền học hiện đại, mỗi đơn vị mã gọi là codon (phiên tiếng Việt: cô-đon,[5] phiên âm Quốc tế: /ˈkəʊdɒn/).[17]
• Mỗi codon (đơn vị mã) di truyền gồm một triplet (phiên tiếng Việt:tơ-ri-pơ-lit, phiên âm Quốc tế: /ˈtrɪplɪt/), tức là bộ ba nucleotide liền nhau trên phân tử acid nucleic mang thông tin về dịch mã.[18]
• Nếu bộ ba này ở DNA hoặc ở mạch mRNA thì gọi là đơn vị mã (codon) hoặc là bộ ba (triplet), không phân biệt nhau. Nhưng nếu bộ ba này ở tRNA giúp nó giải mã thì gọi là đối mã (anticodon, phiên âm tiếng Việt: an-ti-cô-đon,[5] phiên âm Quốc tế: /ˌantɪˈkəʊdɒn/).[19]

• Mã di truyền.
• Khung đọc mã.

1. ^ “The Triplet Genetic Code: Key to Living Organisms”.
2. ^ “Codon”.
3. ^ a b “Triplet code”. Truy cập 16 tháng 9 năm 2018.
4. ^ “triplet code”.
5. ^ a b c d e "Sinh học 12" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2019.
6. ^ Campbell và cộng sự: "Sinh học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 2010.
7. ^ a b c Phạm Thành Hổ: "Di truyền học" - Nhà xuất bản Giáo dục, 1998
8. ^ “Genetic code”.
9. ^ Bùi Phúc Trạch - "Tự luyện thi Sinh học 12" - Nhà xuất bản Thanh Hóa 2017, tập I.
10. ^ a b //www.medicinenet.com/script/main/art.asp?articlekey=20468
11. ^ //courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/the-genetic-code/
12. ^ “The genetic code”. Khan Academy. Truy cập 16 tháng 9 năm 2018.
13. ^ “Genetic code”. Truy cập 16 tháng 9 năm 2018.
14. ^ “J. Heinrich Matthaei”. Truy cập 16 tháng 9 năm 2018.
15. ^ “The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968”. NobelPrize.org. Truy cập 16 tháng 9 năm 2018.
16. ^ [doi:10.1007/BF02705184. PMID 17206065. “"The crystal structure of tRNA"”] Kiểm tra giá trị |url= (trợ giúp). Chú thích journal cần |journal= (trợ giúp)
17. ^ “Definition of codon in English by Oxford Dictionaries”. Oxford Dictionaries English. Truy cập 16 tháng 9 năm 2018.
18. ^ “triplet Definition of triplet in English by Oxford Dictionaries”. Oxford Dictionaries English. Truy cập 16 tháng 9 năm 2018.
19. ^ “anticodon Definition of anticodon in English by Oxford Dictionaries”. Oxford Dictionaries English. Truy cập 16 tháng 9 năm 2018.