Ba mã di truyền

Bộ ba mã di truyền gồm ba nucleotide liên tiếp trên phân tử axit nucleic, mang thông tin về amino acid và quá trình dịch mã.

Thuật ngữ này thuộc về di truyền học phân tử và trong tiếng Anh gọi là triplet genetic code, thường được viết tắt là 'triplet code' (mã bộ ba), hoặc đơn giản hơn là 'code' (mã) hay 'codon' (đơn vị mã) hay 'triplet' (bộ ba). Các bộ ba này tạo nên mã di truyền (genetic code).

Tổng quan

Ý nghĩa và hình thức

Nội hàm của thuật ngữ này ám chỉ 'mã di truyền' (genetic code) gồm ba đơn vị cùng loại (triplet), là ba nucleotide. Ngoại diện của thuật ngữ chỉ '3 đơn vị cùng loại' tức ba nucleotide mang thông tin di truyền.

Ví dụ

Hai người quyết định viết thư bí mật với quy ước: chữ A tương ứng với số 001, chữ B là số 002, chữ C là số 003, v.v. Có thể nói: chữ A được mã hóa bằng số 001, chữ B là số 002, v.v. Vậy là:

• Đây là dạng mật mã số, mỗi đơn vị mã (codon) gồm 3 chữ số, nên gọi là mã bộ ba (triplet).
• Để viết từ 'CA', cần mã hóa thành số '003 001', đó là mã hóa (encode).
• Để đọc thư, người nhận tra từ điển, chuyển mỗi đơn vị mã thành chữ cái, nghĩa là giải mã
  (decode), từ đó dãy số được chuyển thành từ ngữ - đó là dịch mã (translation).

Loại bộ ba

Khi nghiên cứu Sinh học phân tử ở cấp phổ thông, cần 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 dùng làm khuôn để tổng hợp mRNA. Mạch này trong di truyền học phân tử gọi là mạch đối nghĩa (antisense strand), nên mã gốc cũng có thể gọi là mã đối nghĩa.
• Mã có nghĩa là bộ ba trên mạch gen bổ sung cho mạch mã gốc. Mã này mang thông tin về amino acid nhưng không phải là khuôn tổng hợp mRNA.
• Mã phiên là mã của mRNA, được 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 tương ứng với mã phiên của mRNA, từ đó tRNA giải mã thành amino acid để tạo nên chuỗi pô-li-pep-tit. (Xem sơ đồ chi tiết mối quan hệ DNA→mRNA→Protein).
• Codon và triplet đều chỉ các khái niệm trong Sinh học phân tử với nội hàm tương đương; 'codon' là đơn vị mã, còn 'triplet' là tập hợp ba đơn vị giống nhau (như ba sinh đôi được gọi là triplet). Tuy nhiên, một số tác giả quy ước rằng 'côđon là bộ ba của RNA, còn triplet là bộ ba của DNA mã hóa'.

Lịch sử

• Ngay sau khi cấu trúc DNA được phát hiện và công bố vào năm 1953, Francis Crick và James Dewey Watson đã đưa ra giả thuyết rằng: DNA mã hóa RNA, và RNA mã hóa protein, từ đó tạo nên đặc điểm của cơ thể. Giả thuyết này được thể hiện qua sơ đồ nổi tiếng, hiện được học sinh trung học nào cũng biết, nhấn mạnh vai trò trung tâm của DNA trong cơ chế di truyền, thay vì protein như trước đây:

DNA → RNA → Protein → Đặc điểm.

Sơ đồ này được coi là nền tảng của luận thuyết trung tâm (central dogma) đã đề cập.

Từ sơ đồ, có thể mô tả thành: Mã gốc → Mã phiên → Dịch mã.

• George Gamow là người đầu tiên giả định rằng mỗi đơn vị mã di truyền (codon) là một bộ ba (triplet). Sau đó, Marshall Nirenberg và Heinrich J. Matthaei là những người đầu tiên khám phá bản chất của codon vào năm 1961. Vào năm 1964, bảng mã di truyền được công bố trên tạp chí Nature, với 64 bộ ba của mRNA được xác định nhờ M.W. Nirenberg cùng cộng sự và H.G. Khorana, được trao giải Nobel năm 1968. Thành tựu này giúp hiểu rằng: mỗi đơn vị mã (codon) bao gồm một triplet nucleotide. Các nghiên cứu 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), Jacques Fresco và cộng sự (ở Princeton) và một nhóm các nhà khoa học Anh ở King's College Luân Đôn. Vào năm 1965, Robert W. Holley thuộc Đại học Cornell công bố cấu tạo của tRNA, tiếp theo là thành tựu tinh thể học tRNA của Robert M. Bock; cuối cùng, cấu trúc 3D của tRNA được xác nhận vào năm 1974 nhờ nghiên cứu tinh thể học bằng tia X từ hai nhóm độc lập, Alexander Rich và Kim Sung-Hou, và nhóm do Aaron Klug đứng đầu. Nhờ đó, chúng ta biết rằng tRNA có đối mã (anticodon) và cấu trúc 3D của nó. Theo sơ đồ của luận thuyết trung tâm, DNA mang mã gốc được chuyển thành mã phiên của RNA thông tin, sau đó mã phiên này được RNA vận chuyển với đối mã giải mã thành amino acid tương ứng trong quá trình dịch mã, từ đó hình thành các đặc điểm.

Tóm lược

• Trong Di truyền học hiện đại, mỗi đơn vị mã được gọi là codon (phiên âm Việt: cô-đon, phiên âm Quốc tế: /ˈkəʊdɒn/).
• Mỗi codon (đơn vị mã) bao gồm một triplet (phiên âm Việt: tơ-ri-pơ-lit, phiên âm Quốc tế: /ˈtrɪplɪt/), tức là bộ ba nucleotide liên tiếp trên phân tử acid nucleic mang thông tin dịch mã.
• Khi bộ ba này xuất hiện trên DNA hoặc mRNA, nó được gọi là đơn vị mã (codon) hoặc bộ ba (triplet), không có sự phân biệt. Nhưng khi bộ ba này xuất hiện trên tRNA và giúp nó giải mã, thì nó được gọi là đối mã (anticodon, phiên âm Việt: an-ti-cô-đon, phiên âm Quốc tế: /ˌantɪˈkəʊdɒn/).

• Mã di truyền.
• Khung đọc mã.