Sinh học - Chương 1: Lược sử ra đời sinh học phân tử

Nội dung text: Sinh học - Chương 1: Lược sử ra đời sinh học phân tử

1. Chương 1: LƯỢC SỬ RA ĐỜI SINH HỌC PHÂN TỬ
2. Các tính điểm môn học Chuyên cần: 10% Kiểm tra giữa kỳ: 30% Thi cuối kỳ: 60%
3. • Chương I. Lược sử phát triển của sinh học phân tử • Chương II. Các đại phân tử sinh học: Acid nucleic và Protein – Cấu trúc và chức năng của acid nucleic – Cấu trúc và chức năng của protein • Chương III. Cấu trúc gen và hệ gen của sinh vật – Cấu trúc của gen – Hệ gen – Các DNA lặp lại trong hệ gen • Chương IV. Sự tái bản DNA • Chương V. Cơ chế gây biến đổi DNA • Chương VI. Sự phiên mã của gen và cơ chế điều hòa phiên mã – I.Sự phiên mã ở sinh vật tiền nhân – Sự phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn – Điều hòa phiên mã của gen • Chương VII. Mã di truyền và quá trình dịch mã. – Mã di truyền – Nguồn gốc, cấu trúc và chức năng các loại RNA – Sinh tổng hợp protein
4. Tài liệu tham khảo chính • 1. PGS. TS. Phan Hữu Tôn, Giáo trình Sinh học phân tử đại cương, 2009. • 2. Hồ Huỳnh Thùy Dương, 2008, Sinh học phân tử, NXB giáo dục. • 3. PGS.TS. Khuất Hữu Thanh, Cơ sở di truyền phân tử và Kỹ thuật gen, 2004, NXB Khoa học kỹ thuật. • 4. PGS.TS. Khuất Hữu Thanh, Kỹ thuật gen – nguyên lý và ứng dụng, 2005, NXB KHKT • 5. David Clark, Molecular Biology, 2005, Elsevier Inc.
5. Biotechnology Biological organisms, Process Goods of systems, using or producing and or Technology Services processes
6. Molecular Biotechnology Genetic Useful engineering Process products For or Based or on producing or Recombinant Technology Commercial DNA processes Technology 6
7. Những cuộc cách mạng trong CNSH gần đây Năm 1989, vi khuẩn được sử dụng để dọn sạch 11 triệu gallons dầu trong sự cố tràn dầu trên bờ biển Alaska Nhiên liệu sinh học tử dầu thực vật Nuôi cấy tế bào gốc
8. I. ĐỊNH NGHĨA • Theo Francois Jacob: Sinh học hiện đại có mục đích giải thích các đặc tính của cơ thể sống thông qua nghiên cứu cấu trúc, chức năng các phân tử vật chất thành phần. • Sinh học phân tử: Là một ngành sinh học hiện đại quan tâm đến việc giải thích các hiện tượng và quy luật ở mức phân tử.
9. ĐỊNH NGHĨA • SHPT ra đời trên cơ sở hội tụ của các ngành học khác: sinh học tế bào, di truyền học, hóa sinh học. Hóa sinh học Tế bào học Di truyền học
10. II. THUYẾT TIẾN HÓA VÀ THUYẾT TẾ BÀO • Xuất hiện từ nửa sau thế kỷ 19 • Đặt nền móng cho sự ra đời của ngành Sinh học với tư cách là ngành khoa học thực nghiệm
11. 1859, Học thuyết tiến hóa Darwin và Wallace • Dựa trên việc quan sát sự phân bố của các loài Charles Darwin (02/1908 – 04/1882) • Chọn lọc tự nhiên: Sự biến đổi trong của các loài sinh vật trải qua một thời gian đủ dài, hoặc dưới áp lực của môi trường xung Alfred Russel quanh. Wallace (1823 –1913) • Sự biến đổi này được di truyền cho các thế hệ sau.
12. 1666, Thuyết tế bào • 1666 phát hiện tế bào khi mô tả cấu trúc sợi bần Robert Hooke • 1838 Mathias Jacob Schleiden và Theodor Schawann đưa ra thuyết tế bào Mathias Jacob Schleiden Theodor Schawann
13. Thuyết tế bào “Mỗi động vật (sinh vật) được cấu tạo từ một tập hợp các đơn vị sống, mỗi đơn vị sống mang trong nó tất cả các đặc tính của sự sống” Rudolph Virchow,1858 • Theo Pasteur: Sự sống chỉ có thể sinh ra từ sự sống • Thuyết tế bào ra đời là cơ sở cho nền sinh học hiện đại – TB riêng lẻ có khả năng tăng trưởng và phân chia độc lập nên có thể làm đối tượng nghiên cứu vật chất sống – Làm cơ sở cho kỹ thuật nuôi cấy tế bào in vitro
14. III. SINH HÓA HỌC & DI TRUYỀN HỌC CỔ ĐIỂN • Sinh hóa học cổ điển: các định luật hóa học có áp dụng được vào tế bào không? – Nửa sau thế kỉ 19, người ta xác định tất cả các thành phần cấu tạo của tế bào: lipid, glucid, protein – Cuối thế kỷ 19, xác định hầu hết các amino acid • Di truyền học cổ điển nghiên cứu các định luật di truyền của Mendel
15. Gregor Johann Mendel 1822-1884
16. IV. SỰ PHỐI HỢP GIỮA DI TRUYỀN HỌC VÀ SINH HÓA HỌC • 1909, A. Garrod nghiên cứu bệnh Alkaptonurie (bệnh alkapton niệu) ở người – Do đột biến một gen lặn hiếm di truyền theo quy luật Mendel – Biểu hiện nước tiểu có màu đen do hàm lượng homogentisic acid cao. – Nguyên nhân: thiếu enzyme oxydase phân hủy các hợp chất vòng phenol – Kết luận: Một bất thường sinh hóa là do thiếu sót di truyền.
17. Thí nghiệm xác định DNA là vật chất di truyền • 1928 Griffith – Thí nghiệm biến nạp • 1944 Avery – Tác nhân biến nạp là DNA • 1952 Hershey & Chase – Thí nghiệm trên thực khuẩn thể
18. 1928, Thí nghiệm Griffith • Phế cầu khuẩn Streptococcus Pneumoniae • Chủng S: Độc, tế bào có vỏ polysaccharide, khuẩn lạc trơn (smooth) • Chủng R: chủng lành, tế bào không có vỏ polysaccharide, khuẩn lạc nhăn (Rough)
19. Tiến hành thí nghiệm
20. Kết luận • Một chất nào đó từ chủng S chết đã chuyển vào chủng R biến chủng R thành chủng S • S chết + R sống S sống • Griffith gọi quá trình này là sự biến nạp (transformation) • Thành phần chuyển từ chủng S sang chủng R gọi là tác nhân biến nạp
21. 1944, Avery, Macleod & McCarty • Bằng kỹ thuật tinh sạch DNA thu từ chủng S, Avery và cộng sự đã chứng minh tác nhân biến nạp là DNA Avery
22. 1952, thí nghiệm Harshey & Chase Martha Chase Alfred Harshey
23. Đối tượng – thực khuẩn thể Nguồn:
24. Phage xâm nhiễm tế bào E.coli
25. Tiến hành • Dùng phương pháp đánh dấu đồng vị phóng xạ – 32P: Đánh dấu DNA – 35S: Đánh dấu protein • Cho thực khuẩn thể đã được đánh dấu với 35S và 32P xâm nhiễm vào tế bào E.coli • Li tâm thu cặn tế bào và xác định đồng vị phóng xạ
26. Kết quả • Phần cặn tế bào vi khuẩn thu được chứa đồng vị phóng xạ 32P • Như vậy, thực khuẩn thể chỉ chuyển DNA vào tế bào E.coli trong quá trình xâm nhiễm.
27. V. SỰ RA ĐỜI CỦA SHPT • Các mốc chính của SHPT
28. 1953, Cấu trúc DNA – Watson, Crick – Dựa trên các thông tin: • Thành phần hóa học của DNA • Quy tắc Chargaff • Ảnh nhiễu xạ tia X (Maurice Wilkins)
29. Hai nhà khoa học tìm ra cấu trúc DNA J. Watson F.Crick 1928-nay 1916-2004 1962 James Watson, Francis Crick, và Maurice Wilkins Dành giải thưởng Nobel trong sinh lý và dược
30. Công bố mô hình cấu trúc DNA (tạp chí NATURE)
31. 2003, DNA Double Helix, 50th Anniversary Nguồn: Molecular biology, David Clark
32. Cấu tạo hóa học của DNA • DNA cấu tạo từ các đơn phân gọi là các Nucleotides • Mỗi đơn phân gồm 3 thành phần: – Một nhóm phosphate – Một đường deoxyribose – Một trong 4 loại base nito • Adenine (A) • Guanine (G) • Cytosine (C) • Thymine (T)
33. Thành phần cấu tạo của DNA
34. Cấu trúc một Nucleotide Nguồn:
35. Nucleoside TriPhosphate
36. Cấu trúc xoắn kép
37. Quy tắc Chargaff • 1. Tổng số nucleotide của Purine (A và G) bằng tổng số nucleotide của Pyrimidine (C và T) A + G = C + T • Số lượng A luôn bằng số lượng T; số lượng C luôn bằng số lượng G A = T C = G Erwin Chargaff
38. Rosalind Frankin Ảnh nhiễu xạ tia X của DNA Nguồn:
39. 1956,Học thuyết trung tâm F. Crick • Thông tin di truyền được chuyển từ DNA đến RNA và đến protein thông qua các quá trình – Phiên mã: Chuyển thông tin di truyền từ DNA đến RNA – Dịch mã: Chuyển từ RNA thành protein
40. 1970, Enzyme cắt giới hạn (RE) • Do Howard Termin và David Baltimore độc lập phân lập • Đánh dấu cột mốc lịch sử trong kỹ thuật gen hiện đại.
41. Các mốc chính • 1984 – Kỹ thuật PCR, Kary Mullis Là kỹ thuật nền của SHPT • 1986 – Máy giải trình tự tự động, Leory Hood • 1990 – Dự án gen người (HGP)
42. Các mốc chính (tiếp) • 1996, hoàn thành giải trình tự bộ gen nấm men Saccharomyces cerevisiae S. cerevisiae 6300 genes • 1997, hoàn thành giải trình tự bộ gen vi khuẩn E.coli E.coli 4300 genes
43. Các mốc chính (tiếp) • 1998, hoàn thành giải trình tự bộ gen giun tròn Caenorhabditis elegans (19000 genes) • 2000, hoàn thành giải trình tự bộ gen Drosophila medanogster (13600 genes) • 2000, bộ gen thực vật đầu tiên được giải trình tự Arabidopsis thalina
44. Dự án HGP • 14/4/2003 hoàn tất giải trình tự bộ gen người • Tốn 2,7 tỷ USD • Tổng số gen khoảng 30,000 ít hơn rất nhiều so với dự kiến là 50,000 đến 140,000 gen. • Gần như toàn bộ, tới base (99,9%) giống nhau một cách chính xác ở tất cả mọi người. Điều này cho thấy không có phân biệt chủng tộc. • Gần 50% các gen chưa biết chức năng.
45. Ngoài dự kiến • – Ít hơn 2% (1,1 - 1,4%) bộ gen mã hoá cho protein. • – 5% đến 28% phiên mã tạo ra RNA • – Các trình tự lặp lại (repeated sequences) không mã hoá cho protein (DNA rác) chiếm ít nhất 50% bộ gen người.
46. Ứng dụng của SHPT • Công nghệ tạo các vi sinh vật mới có ích • Công nghệ sản xuất giống cây trồng, vật nuôi vượt giới hạn của tiến hóa để chống chịu bệnh, thích nghi với điều kiện sinh thái cho năng suất cao • Công nghệ sản xuất các loại thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, có giá trị về dược phẩm, bổ sung vitamin, vacxin thực vật
47. Một số gen mục tiêu quan trọng • Gen sinh trưởng (fGH, hGH, bGH) – Beta-galactosidase – Kháng hygromycine – Protein chống đông lạnh – Alpha-globin, neomycine – Phosphat transferase – Liciferase
48. Tăng chất lượng và sản lượng thịt, sữa • Lợn: các loại gen hóc môn sinh trưởng và yếu tố sinh trưởng – mMT, hGH, mMT-bGH, PRL-bGH, mMT- hGRF, alb-hGRF, mMT-hGF và mMT-bGH • Bò: b-GH – Gen tạo máu – Gen tạo sữa – Gen tạo kháng thể
49. • Liệu pháp gen và liệu pháp thay thế tế bào mô ở người