Bản Chất Của Mã Di Truyền Là Gì?

1. Mã di truyền có bản chất là gì?

Khi các nhà sinh học bắt đầu nghi ngờ rằng các hướng dẫn tổng hợp protein được mã hóa trong ADN, họ nhận ra một vấn đề là: Chỉ có bốn loại nucleotide (A, T, G, X) nhưng trong protein lại có đến khoảng 20 loại axit amin. Vì vậy, mã di truyền không thể là một ngôn ngữ như tiếng Trung Quốc hay tiếng Hàn quốc, mà trong đấy mỗi ký hiệu được viết ra tương ứng với một từ. Khi đó, bản chất của mã di truyền là gì ? Sẽ có bao nhiêu nucleotide xác định cho một axit amin?

    Nếu mỗi nucleotide xác định một axit amin thì sẽ có 4¹ = 4 tổ hợp, như vậy chỉ có 4 axit amin được quy đinh tương ứng với mỗi loại nucleotide.

    Nếu cứ hai nucleotide bất kì (cùng loại hay khác loại) xác định một axit amin thì sẽ có 4² = 16 tổ hợp, vẫn chưa đủ để mã hóa cho 20 loại axit amin cơ bản.

    Nếu cứ ba nucleotide bất kì (cùng loại hay khác loại) xác định một axit amin thì sẽ có 4³ = 64 tổ hợp, là thừa đủ để mã hóa cho 20 loại axit amin. 

Các thí nghiệm đã xác minh rằng dòng thông tin từ gene đến protein dựa trên mã bộ ba (triplet): Các chỉ dẫn di truyền cho một chuỗi polypeptide được mã hóa trong ADN dưới dạng một chuỗi không trùng lặp, ba nucleotide. Chuỗi thông tin di truyền trong gen được phiên mã thành chuỗi bổ sung không trùng lặp, ba nucleotide trong mARN (các codon), sau đó được dịch mã thành chuỗi axit amin.

2. Những đặc điểm của mã di truyền

2.1. Mã di truyền là mã bộ ba

    Mã di truyền là mã bộ ba, có nghĩa là cứ ba nucleotide xếp kế tiếp nhau mã hóa một axit amin. 

     Mã di truyền trong ADN có đặc điểm điển hình là được phiên mã sang dạng mARN. Do đó, sự giải mã ADN chính là sự giải mã mARN. Như đã phân tích bên trên, chúng ta có 64 bộ ba trên ADN và tương ứng sẽ có 64 bộ ba trên mARN. Năm 1966, tất cả chúng đã được giải mãi bằng thực nghiệm.

Chú thích: Phe: Phenylalanine; Leu: Leucine; Ile: Isoleucine; Val: Valine; Ser: Serine; Pro: Proline; Thr: Threonine; Ala: Alanine; Tyr: Tyrosine; His: Histidine; Gln: Glutamine; Asn: Asparagine; Lys: Lysine; Asp: Aspartic acid; Glu: Glutamic acid; Cys: Cysteine; Trp: Tryptophan; Arg: Arginine; Ser: Serine; Arg: Arginine; Gly: Glycine

2.2. Tính đặc hiệu của mã di truyền

    Mã di truyền có tính đặc hiệu tức là một codon chỉ mã hoá cho một loại amino acid. 

2.3. Tính thoái hóa của mã di truyền

    Mã di truyền có tính thoái hóa, tức là một axit amin có thể có nhiều bộ ba mã hóa, chỉ trừ methionine (AUG) và tryptophan (UGG) là chỉ có một bộ ba quy định.

2.4. Mã di truyền có tính phổ biến

    Trừ một số ngoại lệ nhỏ, mã di truyền có tính phổ biến thể hiện ở chỗ toàn bộ thế giới sinh vật đều sử dụng chung một bộ mã di truyền.

2.5. Tính liên tục của mã di truyền

    Mã di truyền được đọc từ một điểm xác định và liên tục từng bộ ba nucleotide (không chồng gối lên nhau).

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập kiến thức và xây dựng lộ trình ôn thi tốt nghiệp THPT sớm ngay từ bây giờ

3. Giải thích đặc điểm của mã di truyền

3.1. Mã di truyền là mã bộ ba

    Các lập luận và nghiên cứu đã chỉ ra rằng, mã di truyền là mã bộ ba, có nghĩa là cứ nucleotide liên tiếp nhau sẽ xác định một axit amin. Mã di truyền sẽ được lấy trên sợi mARN và chiều quy ước là chiều 5’-3’. Ví dụ AUG hay 5’-AUG-3’ mã hóa cho axit amin Mêtiônin.

Chú thích: vì là mã bộ ba nên chúng ta sẽ có 43=64 tổ hợp, tương đương với 64 mã bộ ba. Trong đó có 1 mã mở đầu là AUG mã hóa cho Mêtiônin, 61 bộ mã hóa cho 20 axit amin và 3 bộ mã kết thúc UAA, UAG, UGA không có khả năng mã hóa cho bất kì axit amin nào.

3.2. Mã di truyền có tính đặc hiệu

    Mã di truyền có tính đặc hiệu tức là một codon chỉ mã hoá cho một loại amino acid. 

    Như chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn ở những kiến thức sau về phiên mã và dịch mã thì thông tin ở sợi mARN được dịch mã chính xác thành chuỗi polypeptide phụ thuộc rất nhiều vào một loại ARN vận chuyển hay tARN. Các sợi tARN này đóng vai trò như những chiếc xe trung chuyển hàng hóa mà mỗi loại xe chỉ chở duy nhất một loại mặt hàng. Điều đó có nghĩa là mỗi loại tARN sẽ vận chuyển duy nhất một loại axit amin tương ứng, do đó mã di truyền có tính đặc hiệu rất cao, mỗi codon chỉ mã hóa cho 1 axit amin.

3.3. Mã di truyền có tính thoái hoá 

    Như đã phân tích ở bên trên, chúng ta có 61 bộ ba mã hóa cho 20 axit amin, vì thế theo logic thì sẽ có những axit amin được mã hóa bởi nhiều bộ ba. Các codon đồng nghĩa, tức là mã hóa cho cùng một axit amin thường có hai base đầu tiên giống nhau, nhưng khác nhau ở chữ cái thứ ba. 

    Ví dụ: CCU, CCC, CCA, CCG đều mã hóa proline

3.4. Mã di truyền có tính phổ biến

    Theo quan điểm của thuyết tiến hóa, mọi sinh vật trên Trái Đất đều bắt nguồn từ một tổ tiên chung. Có lẽ rằng tổ tiên này của chúng ta đã sử dụng những loại mã di truyền như vậy. Vì thế hầu hết các sinh vật hiện nay đều được thừa hưởng đặc tính này, đều sử dụng chung một bộ mã di truyền.

3.5. Mã di truyền có tính liên tục

    Sự bùng nổ của các khám phá di truyền học ở mức phân tử đã soi sáng cho chúng ta hiểu rõ về cơ chế mà thông tin di truyền bằng cách nào đi từ gen đến protein một cách chi tiết. Từ đó kết luận được rằng mã di truyền được đọc từ một điểm xác định và liên tục từng bộ ba nucleotide (không chồng gối lên nhau).

Trên đây là toàn bộ những thông tin về bản chất của mã di truyền. Phần kiến thức này giúp các em nắm bắt được từng đặc điểm của mã di truyền và áp dụng vào các bài tập sau này. Để ôn tập tốt hơn, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để đăng ký tài khoản hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm nhiều bài học hay và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho kỳ thi THPT Quốc gia sắp tới nhé!

>>> Xem thêm:

• Bài giảng Sinh học lớp 12: Phiên mã và dịch mã