Sinh học đại cương A1 - Cơ sở di truyền học phân tử

197 trang vanle 4820

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Sinh học đại cương A1 - Cơ sở di truyền học phân tử", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

sinh_hoc_dai_cuong_a1_co_so_di_truyen_hoc_phan_tu.pdf

Nội dung text: Sinh học đại cương A1 - Cơ sở di truyền học phân tử

ĈҤI HӐC QUӔC GIA TP.HCM TRѬӠNG ĈH KHOA HӐC TӴ NHIÊN TÀI LIӊU GIҦNG SINH HӐC ĈҤI CѬѪNG A1 &Ѫ SӢ DI TRUYӄN HӐC PHÂN TӰ PGS.TS. TRҪN LINH THѬӞC
SINH HӐC ĈҤI CѬѪNG A1 Phҫn 1. SINH HӐC Tӂ BÀO Phҫn 2. DI TRUYӄN HӐC Ch.7: Cѫ Vӣ phân tӱ Fӫa tính di truyӅn Ch.8: Sinh tәng hӧp protein Ch.9: Di truyӅn hӑc virus, vi khuҭn và kӻ thuұt di truyӅn Ch.10: KiӇm soát sӵ biӇu hiӋn cӫa gen và sӵ phát triӇn Ch.11: NhiӉm sҳc thӇ và sӵ phân bào ӣ eukaryota Ch.12: Các ÿӏnh luұt di truyӅn Mendel Ch.13. Di truyӅn hӑc nhiӉm sҳc thӇ Phҫn 3. HӐC THUYӂT TIӂN HÓA Ch.14: Hӑc thuyӃt tiӃn hóa cӫa Darwin Ch.15: Quҫn thӇ là ÿѫn vӏ tiӃn hóa Ch.16: Loài và hình thành loài Ch.17: Sӵ phát sinh và phát triӇn cӫa sӵ Vӕng trên trái ÿҩt
&ҨU TRÚC VÀ SӴ NHÂN BҦN &ӪA VҰT LIӊU DI TRUYӄN - DNA là vұt chҩt di truyӅn - Thành phҫn và cҩu trúc DNA -Cѫ chӃ sao chép (replication) -Cѫ chӃ Vӱa sai và bҧo vӋ DNA
DNA là vұt chҩt di truyӅn - Thí nghiӋm chӭng minh hiӋn tѭӧng biӃn nҥS ӣ vi khuҭn (Griffith, 1928) - Thí nghiӋm chӭng minh nhân tӕ gây biӃn nҥp là DNA (Avery, Loeod, Carty, 1944) - Thí nghiӋm xác ÿӏnh vұt liӋu do phage bѫm vào vi khuҭn là DNA (Hershey, Chase, 1952)
HiӋn tѭӧng biӃn nҥS ӣ vi khuҭn - Streptococcus pneumoniae: phӃ Fҫu khuҭn gây viêm phәi + Chӫng ÿӝc (S, smooth): khuҭn Oҥc trѫn, gây chӃt chuӝt + Chӫng lành (R, rough): khuҭn Oҥc thô, không gây chӃt chuӝt
HiӋn tѭӧng biӃn nҥS ӣ vi khuҭn Ĉun diӋt chӫng ÿӝc, tiêm vào chuӝt: chuӝt sӕng Ĉun diӋt chӫng ÿӝc, trӝn vӟi chӫng lành, tiêm vào chuӝt: chuӝt chӃt -KӃt luұn: tӃ bào chӫng ÿӝc chӃt ÿã truyӅn tính gây bӋnh cho chӫng lành - BiӃn nҥp (transformation): + Griffith: HiӋn tѭӧng truyӅn tính gây bӋnh tӯ vi khuҭQ ÿӝc sang vi khuҭn lành + Sӵ tiӃp nhұn DNA trҫn bӣi tӃ bào nhұn
Thí nghiӋm Griffith (1928)
Thí nghiӋm Avery, Leod, Carty (1944) - Chӫng ÿӝc chӃW ÿѭӧc xӱ lý bҵng các enzyme khác nhau trѭӟc khi trӝn Yӟi chӫng lành và tiêm vào chuӝt: + Xӱ lý bҵng Protease (thӫy phân protein): chuӝt chӃt + Xӱ lý bҵng Ribonuclease (thӫy phân RNA): chuӝt chӃt + Xӱ lý bҵng Endonuclease (thӫy phân DNA): chuӝt sӕng + Trӝn DNA tӯ chӫng ÿӝc chӃt vӟi chӫng lành, tiêm vào chuӝt: chuӝt chӃt - KL: DNA là vұt liӋu truyӅn di truyӅQ ӣ hiӋn tѭӧng biӃn nҥp
6ӵ xâm nhұp và nhân bҧn cӫa bacteriophage ӣ vi khuҭn - Phage (Bacteriophage, thӵc khuҭn thӇ, virút cӫa vi khuҭn) - Phage T2: + 9ӓ protein bên ngoài + DNA bên trong - Phage T2 xâm nhiӉm vi khuҭn E. coli + Gҳn lên bӅ Pһt vi khuҭn + ChuyӇn vұt chҩt vào vi khuҭn + Làm tan vi khuҭn và phóng thích k100 phage mӟi - Protein hay DNA ÿѭӧc chuyӇn vào E. coli?
Thí nghiӋm Hershey, Chase (1952) Ĉánh dҩu protein cӫa phage bҵng S35 và DNA cӫa phage bҵng P32 Eҵng cách nhiӉm phage lên E. coli nuôi trong môi trѭӡng có chӭa chҩt dinh dѭӥng mang P32 vàS35 - Phage ÿѭӧc sinh ra có protein mang S35 và DNA mang P32
Thí nghiӋm Hershey, Chase (1952) - NhiӉm phage ÿm ÿánh dҩu S35 vàP32 lên E. coli nuôi trong môi trѭӡng không chӭD ÿӗng vӏ phóng xҥ - Tách phҫn gҳn cӫa phage lên bӅ Pһt E. coli Eҵng cách lҳc mҥnh - Ly tâm ÿӇ làm lҳng E. coli ӣ ÿáy ӕng ly tâm - Thu E. coli ӣ Fһn lҳng (cһn ly tâm, precipitant) ÿáy ӕng ly tâm và thu Gӏch không lҳng tӫa (dӏch nӛi, supernatant) chӭa phage - Xác ÿӏnh hàm lѭӧng ÿӗng vӏ phóng xҥ S35 vàP32 lên ӣ trong E. coli và trong dӏch nӛi: + TӃ bào E. coli chӭa 70% tәng P32, rҩt ít S35 + Dӏch nӛi chӭa 80% tәng S35 , rҩt ít P32 - KL: + DNA cӫa phage ÿѭӧc chuyӇn vào trong tӃ bào E. coli, cho phép nhân bҧn tҥo nhiӅu phage mӟi trong tӃ bào E. coli + 9ұt chҩt di truyӅn cӫa phage là DNA
Phân ÿRҥn các ÿҥi phân tӱ sinh hӑc bҵng ly tâm
Thí nghiӋm Hershey, Chase (1952)
Thành phҫn và cҩu trúc DNA - Thành phҫn hóa hӑc và ÿһF ÿLӇm sӧi DNA mҥch ÿѫn - Mô hình cҩu trúc DNA mҥch ÿôi Watson – Crick Ĉһc tính ÿӕi song song - Các cҩu hình DNA -Cҩu trúc bұc cao cӫa DNA ӣ WӃ bào tiӅn nhân (prokaryote) -Cҩu trúc bұc cao cӫa DNA ӣ WӃ bào nhân thұt (eukaryote)
Thành phҫn hóa hӑc cӫD ÿѫn phân (nucleotide) trong DNA và RNA
6ӵ hình thành nucleoside và nucleotide
Các dҥng nucleoside monophosphate tӯ adenine: AMP, cAMP
Các dҥng deoxyribonucleotide
Các dҥng ribonucleoside monophosphate
Phân lӑai nucleotide và nucleic acid
6ӵ Wҥo thành phân tӱ polynucleotide bҵng liên kӃt phosphodiester
6ӵ Vҳp xӃp base, ribose và phosphate trong mҥch nucleic acid - Khung: mҥch ribose và liên kӃt phosphodiester Ĉҫu chӭa gӕc phosphate tӵ do: ÿҫu 5’ phosphate (ÿҫu 5’) Ĉҫu chӭa gӕc 3’-hydroxyl tӵ do: ÿҫu 3’-OH (ÿҫu 3’) - Các base gҳn vuông gӕc vӟi mһt phҷng ÿѭӡng ribose -Mҥch nucleotic acid có tính ÿӏnh hѭӟng
Liên kӃt hydrogen giӳa các cһp base purine-pyrimidine trong nucleic acid mҥch kép
Mô hình DNA mҥch kép cӫa Watson-Crick (1953)
Tính ÿӕi song song cӫa hai mҥch trong phân tӱ DNA
Các cҩu hình cӫa DNA trong tӃ bào - DNA tӗn tҥL ӣ nhiӅu cҩu hình khác nhau: + Bán kính phân tӱ (r) + Khoҧng cách giӳa 2 nucleotide (h) + Các cһp nucleotide/vòng xoҳn (n) -Dҥng B: trong ÿLӅu kiӋn sinh lý bình thѭӡng - Các dҥng khác (A, C, Z): các ÿLӅu kiӋn môi trѭӡng, nӝi môi trѭӡng khác nhau
Các thông sӕ ÿһc trѭng cӫa DNA dҥng A, B, Z
So sánh kích thѭӟc tӃ bào và phân tӱ DNA
&ҩu trúc bұc cao cӫa DNA ӣ prokaryote
&ҩu trúc bұc cao cӫa DNA ӣ eukaryote
&ѫ chӃ sao chép DNA - Sao chép theo khuôn, bán bҧo tӗn -Cѫ chӃ phân tӱ Fӫa sao chép - So sánh sao chép ӣ prokaryote và eukaryrote
Sao chép theo khuôn, bán bҧo tӗn - Sao chép, sao mã (replication): - Thí nghiӋm Meselson, Stahl (1958) ӣ E. coli
&ѫ chӃ phân tӱ Fӫa sao chép ĈLӅu kiӋn cӫa phҧQ ӭng tәng hӧp DNA (sao chép) + Cҫn khuôn mҥch ÿѫn + Xúc tác bӣi DNA polymerase + CҫQ ÿRҥn mӗi (primer): ÿRҥn RNA ngҳn bә sung vӟi khuôn + Cѫ chҩt: dATP, dCTP, dTTP, dGTP (dNTP) + Mҥch mӟL ÿѭӧc tәng hӧp bҵng cách kéo dài mӗi theo chiӅu 5’ – 3’: ÿҫu 5’-phosphate cӫa nuleotide mӟL ÿѭӧc gҳn vào ÿҫu 3’OH cӫa ribose trong oligonucleotide + Các nucleotide ÿѭӧc nӕi vӟi nhau bҵng liên kӃt phosphodiester giӳa 5’-phosphate và 3’OH
Các DNA polymerase ӣ E. coli
&ѫ chҩt cӫa phҧQ ӭng tәng hӧp RNA, DNA
Khuoân, moài vaø toång hôïp theo chieàu t x t
Ba bѭӟc trong quá trình sao chép - Khӣi sӵ (initiation): hình thành phӭc hӧp sao chép (replisome) ӣ trình tӵ khӣi sӵ sao chép oriC, hình thành khuôn mҥch ÿѫn, hình thành chҿ ba sao chép (replication fork), tҥo primer -Tәng hӧp (kéo dài, elongation): kéo dài primer, tәng hӧp sӧi DNA theo khuôn -KӃt thúc (termination): giҧi thӇ phӭc hӧp replisome, kӃt thúc sao mã
Các protein cҫn cho quá trình sao mã - DnaA: nhұn diӋn, gҳn vào oriC, cҧm ӭng tách mҥch, cҧm ӭng gҳn DnaB, DNAC - DnaB: replicative helicase; lөc phân - DnaC: giúp gҳn DnaB vào khuôn; lөc phân - DnaG: primase - SSB: gҳn, әn ÿӏnh DNA mҥch ÿѫn - DNA gyrase: giҧi xoҳn DNA - DNA polymerase III : kéo dài primer, tҥo mҥch DNAmӟi; có hoҥt tính 3‘ – 5‘ exonuclease ÿӇ loҥi bӓ nucleotide sai - DNA polymerase I: thӫy phân mӗi RNA và thay bҵng DNA - DNA ligase: nӕi các ÿRҥn Okazaki
*ҳn DnaA vào oriC và hình thành khuôn mҥch ÿѫQ ӣ E. coli 20-40 DnaA-ATP monomers
Khӣi sӵ sao chép
9ӏ trí và hoҥW ÿӝng cӫa các protein trong sao chép B. Albers (2003) Nature 421: 431-435.
7ѭѫng tác chһt chӁ giӳa cac DNA polymerase trên hai khuôn trong sao chép B. Albers (2003) Nature 421: 431-435.
7әng hӧp liên tөF ӣ Pҥch trѭӟc và không liên tөF ӣ Pҥch sau - 0ҥch trѭӟc (leading strand): Wәng hӧp liên tөc, Kѭӟng ÿi vào chҿ ba sao chép - 0ҥch sau (lagging strand): Wәng hӧp không liên tөc theo tӯng ÿRҥn Okazaki (1000-2000bp), theo hѭӟng ÿi ra khӓi chҿ ba sao chép - 7ӕF ÿӝ sao chép ӣ E. coli: 5 x 104 nu/phút
Vai trò DNA polymerase I và ligase ӣ Wәng hӧp mҥch sau
7әng hӧp theo mӝt và hai chҿ ba sao chép
Sao chép và phân tách DNA con ӣ prokaryote
Phân tách DNA con khi hoàn tҩt sao chép
Sao chép ӣ eukaryote - Sao chép phӭc tҥp và chұm hѫn so vӟi prokaryote (khoҧng 50 nucleotide/giây). - NhiӅu replicon trên 1 NST. -Cѫ chӃ kiӇm soát sӵ sao chép lһp lҥL ӣ 1 ori.
Sao chép ÿӗng thӡi trên nhiӅu replicon ӣ eukaryote
.Ӄt thúc sao chép ӣ E. coli
&ѫ chӃ Vӱa sai và bҧo vӋ DNA - Các dҥng ÿӝt biӃn trên DNA -Sӱa sai trong sao chép -Sӱa sai các ÿӝt biӃn - Các hӋ thӕng bҧo vӋ DNA
Các dҥng ÿӝt biӃn trên DNA Ĉӝt biӃn do sai sót trong sao chép Ĉӭt mҥch do cѫ Kӑc - Thӫy phân liên kӃt N-glycoside làm mҩt base purine - Methyl hóa trên base dүQ ÿӃn bҳt cһp sai -Mҩt nhóm amine dүQ ÿӃn bҳt cһp sai - ChuyӇn dҥng enol - keto dүQ ÿӃn bҳt cһp sai -Tҥo dimer thymine trên cùng mӝt mҥch do tia UV
Thӫy phân N-glycoside làm mҩt base purine (1/5000nu/ngày/tӃ bào ngѭӡi) 0ҩt nhóm amine (1/100nu/ngày/tӃ bào ngѭӡi)
+Ӌ thӕng sӱa sai DNA ÿҧm bҧo tính әQ ÿӏnh cӫa vұt liӋu di truyӅn DNA qua các thӃ KӋ -Tҫn sӕ sai sót cӫa sao chép in vitro: 10-5 -Tҫn sӕ sai sót cӫa sai sót in vivo: 10-9 -HӋ thӕng sӱa sai DNA: + Sӱa sai trong sao chép: DNA-polymerase III, DNA polymerase I + Sӱa sai do ÿӝt biӃn
+Ӌ thӕng sӱa sai trên DNA
0ҥch DNA mҽ và con Phát hiӋn nucleotide sai trên mҥch con
Thay ÿRҥn chӭa nucleotide sai bҵng ÿRҥn mӟi
Thay ÿRҥn chӭa nucleotide Pҩt base Eҵng ÿRҥn Pӟi
+Ӌ thӕng bҧo vӋ DNA -HӋ thӕng giӟi hҥn – biӃQ ÿәi -HӋ thӕng SOS -HӋ thӕng sӱa sai
+Ӌ thӕng giӟi hҥn và biӃQ ÿәi (restriction – modification) - Giúp vi khuҭn phân biӋt DNA chính mình vӟi DNA ngoҥi lai (virus) và thӫy phân DNA ngoҥi lai ĈһF ÿLӇm: + Nhұn diӋn mӝt trình tӵ nucleotide chuyên biӋt (trình tӵ nhұn biӃt) có tính ÿӕi ngүu (palindrome, trình tӵ ¶-3¶ Fӫa hai sӧL ÿӗng nhҩt + Có hoҥt tính methyl hóa mӝt nucleotide trên trình tӵ nhұn biӃt: hoҥt tính methylase + Có hoҥt tính cҳt liên kӃt phosphodiester tҥi trình tӵ nhұn biӃt hoһc mӝt vӏ trí nhҩW ÿӏnh so vӟi trình tӵ nhұn biӃt: hoҥt tính endonuclease + Hoҥt tính endonuclease chӍ có ÿӕi vӟi trình tӵ nhұn biӃt không bӏ methyl hóa
BIӆU HIӊN GEN: PHѬѪNG THӬC SӰ 'ӨNG THÔNG TIN DI TRUYӄN TRONG Tӂ BÀO -Hӑc thuyӃt trung tâm - DNA và mã di truyӅn - Phiên mã ӣ prokaryote - Phiên mã ӣ eukaryote ĈһF ÿLӇm, chӭc năng các sҧn phҭm phiên mã (RNA) -Dӏch mã - BiӃQ ÿәi sau dӏch mã
+ӑc thuyӃt trung tâm - Gen và tính trҥng - Nguyên tҳc truyӅn thông tin di truyӅn trong tӃ bào và qua các thӃ KӋ - Các bѭӟc trong quá trình biӇu hiӋn cӫa gen
Sai hӓng cӫa gen dүQ ÿӃn các sai hӓng sinh hóa ± %Ӌnh niӋu alkaptonuria (Garrod, 1908): ÿӝt biӃn lһn liên quan ÿӃn homogentisic acid oxidase ± Các bӋnh di truyӅn ÿӝt biӃn lһn khác trong chu trình phenylalanine
1 Gen – 1 Enzyme - Beadle, Tatum (1941): thí nghiӋm trên mӕc vàng Neurospora crassa -Tҥo các chӫng mӕF ÿӝt biӃn khuyӃt dѭӥng (mҩt khҧ Qăng tӵ Wәng Kӧp mӝt nhu cҫu dinh dѭӥng, ví dө Pӝt axít amin) - Xác ÿӏnh mӛi chӫng ÿӝt biӃn liên quan ÿӃn 1 gen: giҧ thuyӃt “1 gen – 1 enzyme” -Mӣ Uӝng khái niӋm: + 1 gen – 1 protein + 1 gen – 1 polypeptide + 1 gen – 1 ÿҥi phân tӱ sinh hӑc
Nguyên tҳc truyӅn thông tin di truyӅn trong tӃ bào và qua các thӃ KӋ Truy͉n thông tin giͷa 2 th͇ K͏ Truy͉n thông tin trong t͇ bào Functional protein
Ý nghƭa và ÿһF ÿLӇm cӫa các bѭӟc truyӅn thông tin (1) 1. Phiên mã (transcription): + Chӑn lӵa phҫn thông tin di truyӅn cҫn sӱ Gөng tӯ Eӝ gen + ChuyӇn thông tin di truyӅn tӯ DNA thành RNA + Kích thѭӟc RNA nhӓ Kѫn 1/1000 lҫn so vӟi DNA + RNA kém bӅn do có C2’-OH, chӍ Wӗn tҥi trong mӝt thӡi gian nhҩW ÿӏnh trong tӃ bào + Phѭѫng thӭc mã hóa thông tin không thay ÿәi + Bҧn chҩt hóa hӑc và kiӇu liên kӃt hҫu nhѭ không thay ÿәi
Ý nghƭa và ÿһF ÿLӇm cӫa các bѭӟc truyӅn thông tin (2) 2. Dӏch mã (translation): + Thông tin di truyӅQ ÿѭӧc dӏch thành trình tӵ các amino acid có bҧn chҩt hóa hӑc và kiӇu liên kӃt khác + Các sҧn phҭm phiên mã ÿѭӧc dӏch mã ӣ PӭF ÿӝ khác nhau + Sҧn phҭm dӏch mã có cҩu trúc và chӭc năng ÿa dҥng + Protein không bӅn vӳng và bӏ thӫy phân sau mӝt thӡi gian nhҩW ÿӏnh 3. BiӃQ ÿәi sau dӏch mã (post-translational modification): + Giúp kiӇm soát ӣ PӭF ÿӝ cao hѫn sӵ biӇu hiӋn cӫa gen + Thӵc hiӋn bҵng nhӳng biӃQ ÿәi cӝng hóa trӏ hoһc không cӝng hóa trӏ
Chӭc năng ÿa dҥng cӫa protein ĈLӅu hòa TruyӅn tin &ҩu trúc CHӬC NĂNG 9ұn chuyӇn Di ÿӝng Xúc tác
Dòng thông tin ӣ WӃ bào prokaryote và eukaryote - Prokaryote: DNA ® RNA ® Protein ® Functional protein - Eukaryote: DNA ® pre-mRNA ® RNA ® Protein ® Functional protein
Mã di truyӅn (codon)
Phiên mã (transcription) - Là phҧQ ӭng sinh tәng hӧp RNA trong tӃ bào tӯ khuôn DNA ĈLӅu kiӋn cӫa phiên mã in vivo: + RNA polymerase có hoҥt tính (tҥo liên kӃt phosphodiester giӳa NTP Gӵa theo khuôn DNA mҥch ÿѫn) + Có ÿӫ NTP (ATP, UTP, CTP, GTP) + Gen ÿѭӧc “mӣ” + Sӵ phiên mã ÿѭӧc thӵc hiӋn theo Wӯng ÿѫn vӏ phiên mã (transcription unit) -Sӵ Wәng hӧp RNA luôn theo chiӅu 5’ – 3’
Ĉѫn vӏ phiên mã (transcription) Ĉѫn vӏ phiên mã: + Promoter: trình tӵ DNA nѫi gҳn RNA polymerase + Trình tӵ mang mã: Jӗm trình tӵ các bӝ ba mã hóa (codon) bҳW ÿҫu Eҵng AUG (Met, fMet) và codon kӃt thúc. (Khung ÿӑc mӣ: Open reading frame, ORF) + Terminator: trình tӵ mã hóa cҩu trúc kӃt thúc phiên mã - RNA polymerase gҳn vӟi promoter thông qua nhân tӕ sigma
Promoter và sӵ nhұn diӋn bӣi sigma - Promoter: vùng chӭa trình tӵ Eҧo tӗn (consensus) ӣ các nucleotide -10 (TATAAT) và -35 (TTGACA) so vӟL ÿLӇm bҳW ÿҫu phiên mã +1 - Nhân tӕ sigma nhұn diӋn và gҳn promoter tҥi vùng -10 và -35 - Sigma gҳn promoter ӣ Fҧ hai mҥch, mҥch xuôi 5’ – 3’ chӭa consensus ÿѭӧc nhұn diӋn là mҥch mang mã; mҥch ÿӕi diӋn là mҥch khuôn dùng ÿӇ Wәng hӧp RNA - Trình tӵ nucleotide cӫa RNA là tѭѫng tӵ Yӟi trình tӵ nucleotide cӫa Pҥch mang mã
Phiên mã theo các ÿѫn vӏ phiên mã Maïch DNA khuoân Maïch DNA mang maõ
Ba bѭӟc trong sӵ phiên mã: khӣi sӵ (initiation)
Các sӵ kiӋn trong khӣi sӵ phiên mã
Phiên mã ӣ eukaryote
So sánh phiên mã ӣ prokaryote và eukaryote (1) 1. Prokaryote: + Mӝt loҥi RNA polymerase tәng hӧp tҩt cҧ RNA + mRNA thѭӡng chӭa nhiӅu ORF (nhiӅu gen, polycistron) 2. Eukaryote: + Vùng mang mã di truyӅn cӫa gen (exon) bӏ gián ÿRҥn bӣi các ÿRҥn không mang mã (intron) + mRNA ÿѭӧc tәng hӧp qua hai bѭӟc: tiӅn mRNA (pre mRNA) và RNA trѭӣng thành (marure mRNA)
So sánh phiên mã ӣ prokaryote và eukaryote (2) + Pre mRNA có chӭa chóp 7-Methyl-guanosine ӣ ÿҫu 5’ và chӭD ÿuôi polyA (100-200 adenine) ӣ ÿҫu 3’ + Pre mRNA ÿѭӧc chӃ biӃn (splicing) ÿӇ loҥi bӓ intron và nӕi các exon lai trѭӟc khi ÿi vào tӃ bào chҩt + mRNA trѭӣng thành trong tӃ bào chҩt chӭa thông tin liên tөc + mRNA chӍ chӭa 1 ORF (mӝt gen, monocistron) + RNA polymerase I và III: tәng hӧp rRNA, tRNA và các RNA nhӓ khác + RNA polymerase II: tәng hӧp mRNA
*ҳn chóp 5’, ÿuôi polyA và splicing trong phiên mã ӣ eukaryote
Các vùng chӭc năng và ÿӝ EӅn cӫa mRNA - Các vùng chӭc năng: + 5’-UTR (untranslated region): vùng 5’ không dӏch mã + Vùng dӏch mã: 1 hay nhiӅu khung dӏch mã (open reading frame, ORF) + 3’-UTR: vùng 3’ không dӏch mã + Cҩu trúc kӃt thúc (terminator) Ĉӝ EӅn mRNA: + Phө thuӝc vào cҩu trúc bұc cao ӣ ÿҫu 5’ và 3’, cap 5’ và ÿuôi polyA + mRNA cӫa prokaryote cҩu trúc ÿѫn giҧn, thӡi gian bán phân ngҳn (phút) + mRNA cӫa eukaryote có thӡi gian bán phân dài: 30 phút – 24 giӡ Vùng 5¶ không Vùng 3¶ không G͓ch mã Vùng d͓ch mã, ORF G͓ch mã
Ĉѫn vӏ phiên mã Fӫa operon RNA ӣ prokaryote
RNA ribosome (rRNA)
&ҩu trúc bұc hai cӫa rRNA
RNA vұn chuyӇn (tRNA)
6ӵ Jҳn chuyên biӋt amino acid lên tRNA tѭѫng ӭng - Liên kӃt ester hình thành giӳa 3-OH cӫa tRNA và –COOH cӫa amino acid Wѭѫng ӭng nhӡ Vӵ xúc tác cӫa aminoacyl tRNA synthetase tѭѫng ӭng
Mô hình phân tӱ minh Kӑa tính chuyên biӋt giӳa enzyme, amino acid và tRNA
Các RNA khác - Ribozyme: RNA có hoҥt tính xúc tác phҧn ӭng hóa hӑc; ví dө intron xúc tác sӵ Fҳt intron và nӕi exon trong spilcing - ssRNA (small stable RN): các RNA nhӓ, bӅn. Ví dө: tmRNA (transfer-messenger RNA) trong hòan tҩt dӏch mã các mRNA không có stop-codon
'ӏch mã (translation) - Là quá trình sinh tәng hӧp protein trong tӃ bào trên khuôn mRNA và ribosome ĈLӅu kiӋn cӫa dӏch mã in vivo: + Có ÿӫ amino acid và aminoacyl tRNA (tRNA gҳn amino acid) + Có ÿӫ các nhân tӕ Gӏch mã + Ribosome hoҥW ÿӝng và mRNA + Sӵ Gӏch mã ÿѭӧc thӵc hiӋn theo tӯng ÿѫn vӏ là ORF -Sӵ Gӏch mã luôn theo chiӅu 5’ – 3’ cӫa mRNA; ÿҫu 5’ tѭѫng ӭng vӟL ÿҫu -NH2 ÿҫu N); ÿҫu 3’ tѭѫng ӭng vӟL ÿҫu –COOH (ÿҫu C) cӫa polypeptide
'ӏch mã trên polysome ÿӗng thӡi Yӟi phiên mã ӣ prokaryote
Ba bѭӟc trong dӏch mã: khӣi sӵ (initiation) -Gӗm các sӵ kiӋn lҳp ghép có trұt tӵ Fӫa mRNA, các tiӇu phҫn ribosome, tRNAMet tҥi codon khӣi sӵ, trѭӟc khi hình thành mӝt liên kӃt peptide - Ribosome hoàn chӍnh có ít nhҩt ba vӏ trí: + A: Qѫi tiӃp nhұn tRNA Jҳn amino acid + P: Qѫi tiӃp nhұn tRNAMet khӣi sӵ và nѫi chӭa tRNA- peptide + E: Yӏ trí thoát cӫa tRNA Ĉѭӧc kiӇm soát bӣi các nhân tӕ khӣi sӵ Gӏch mã (initiation factor, IF)
Ba bѭӟc trong dӏch mã: kéo dài (elongation) - Các nhân tӕ kéo dài dӏch mã (elongation factor, EF) giúp ÿѭa tRNAaa vào vӏ trí A và cҧP ӭng sӵ xúc tác hình thành liên kӃt peptide
Ba bѭӟc trong dӏch mã: kéo dài (elongation) - Ribosome dӏch chuyӇn 1 codon theo chiӅu 5’ – 3’ cӫa mRNA - Vi trí cӫa các tRNA trên ribosome thay ÿәi -Năng lѭӧng ÿѭӧc cung cҩp Wӵ Vӵ thӫy phân GTP
Dòch chuyeån Hình thaønh moät codon lieân keát peptide
Hình thành liên kӃt peptide và sӵ Gӏch chuyӇn cӫa ribosome trong dӏch mã
Ba bѭӟc trong Gӏch mã: NӃt thúc (termination) -Vӏ trí A cӫa ribosome gһp codon NӃt thúc - Nhân tӕ NӃt thúc Gӏch mã (releasing factor, RF) gҳn - Thӫy phân liên kӃt ester giӳa peptide và tRNA - Hai tiӇu phҫn ribosome tách ly và Uӡi khuôn mRNA
BiӃQ ÿәi sau dӏch mã (post-translational modification) - BiӃQ ÿәi cӝng hóa trӏ: Jҳn thêm ÿѭӡng, phosphate, methyl - BiӃQ ÿәi không cӝng hóa trӏ: + Gҳn vӟi mӝt hӧp chҩt phân tӱ Oѭӧng nhӓ (tác nhân biӃn cҩu) + Gҳn vӟi mӝt protein khác + Tѭѫng tác vӟi chaperone phân tӱ
Ĉӝt biӃn (mutation) làm thay ÿәi kiӇu gen và kiӇu hình - Ĉӝt biӃQ ÿLӇm: + Thêm hoһc mҩt mӝt base: làm lӋch khung dӏch mã + Thay thӃ base này bҵng base khác: ÿӝt biӃn lӋch nghƭa (mis-sense), ÿӝt biӃn trung tính (neutral) hay lһng (silent), ÿӝt biӃn mҩt nghƭa (non-sense) + Hӗi biӃn (reverse mutation): ÿӝt biӃQ ÿLӇm trӣ Oҥi base ban ÿҫu - Ĉӝt biӃn mҩW ÿRҥn: thêm ÿRҥn, mҩW ÿRҥn, ÿҧR ÿRҥn, chuyӇn vӏ: làm Eҩt hoҥt gen và mҩt khung dӏch mã - 7ҫn sӕ ÿӝt biӃn tӵ nhiên: + Ĉӝt biӃn trong sao chép: 10-4 – 10-8/ thӃ KӋ + Ĉӝt biӃn mҩt nghƭa: 10-6 – 10-8/ thӃ KӋ + ChuyӇn vӏ gen: 10-4/thӃ KӋ - Tác nhân gây ÿӝt biӃn: tia xҥ, hóa chҩt, sinh hӑc
Ĉ,ӄU HÒA SӴ BIӆU HIӊN CӪA GEN VÀ SӴ PHÁT TRIӆN - HiӋn tѭӧng ÿLӅu hòa biӇu hiӋn cӫa gen ĈһF ÿLӇm cѫ Eҧn cӫa sӵ ÿLӅu hòa biӇu hiӋn cӫa gen ӣ prokaryote và eukaryote - Các mӭF ÿLӅu hòa sӵ biӇu hiӋn cӫa gen - KiӇm soát dѭѫng và kiӇm soát âm ӣ prokaryote -Cҩu trúc protein ÿLӅu hòa ĈһF ÿLӇm kiӇm soát phiên mã cӫa gen ӣ eukaryote ĈLӅu hòa biӇu hiӋn cӫa gen trong biӋt hóa và phát triӇn
HiӋn tѭӧng ÿLӅu hòa sӵ biӇu hiӋn cӫa gen Ĉáp ӭng thích nghi cӫa tӃ bào, cá thӇ YӅ hình thái, sinh lý, sinh hóa ÿӕi vӟi sӵ thay ÿәi cӫa môi trѭӡng -Sӵ biӇu hiӋn nӕi tiӃp, có chѭѫng trình cӫa các gen ӣ sinh vұt -Sӵ biӋt hóa thành nhiӅu tӃ bào có chӭc năng khác nhau trong cѫ thӇ ÿa bao bұc cao
ĈһF ÿLӇm biӇu hiӋn Fӫa gen ӣ prokaryote -Sӵ biӇu hiӋn Fӫa gen ÿáp ӭng theo thay ÿәi cӫa môi trѭӡng -Hҫu nhѭ không có biӋt hóa
ĈһF ÿLӇm biӇu hiӋn cӫa gen ӣ eukaryote - Phѭѫng thӭF ÿLӅu hòa phӭc tҥp hѫn và có sӵ biӋt hóa
Các mӭF ÿLӅu hòa sӵ biӇu hiӋn cӫa gen - 0ӭc DNA: + Thay ÿәi cҩu trúc bұc cao + Ĉӝt biӃn, sҳp xӃp lҥi DNA - 0ӭc phiên mã: Wăng cѭӡng hay ӭc chӃ phiên mã tҥo mRNA - 0ӭc dӏch mã: + Tính әQ ÿӏnh và cҩu trúc cӫa mRNA + HiӋu quҧ Wәng hӧp protein - 0ӭc sau dӏch mã: + Hình thành cҩu hình tӵ nhiên + Chӭc năng và hoҥt tính protein
ĈLӅu hòa sӵ biӇu hiӋn cӫa gen mã hóa enzyme ӣ Pӭc phiên mã, dӏch mã và sau dӏch mã
ĈLӅu hòa sӵ Wәng hӧp enzyme và hoҥt tính enzyme
BiӃQ ÿәi sau Gӏch mã bҵng cѫ chӃ biӃn cҩu (biӃQ ÿәi lұp thӇ)
ĈLӅu hòa phiên mã ӣ prokaryote: kiӇm soát âm (negative control) - Liên quan ÿӃn repressor và operator - Khi repressor gҳn vào operator ® không tҥo mRNA - Repressor ÿѭӧF ÿLӅu hòa sau dӏch mã: trҥng thái có hoҥt tính và không có hoҥt tính: + Repressor ÿѭӧc hoҥt hóa bӣi Effector và gҳn vào operator: sӵ biӇu hiӋn cӫa trp operon bӏ ӭc chӃ (repression) bӣi tryptophane + Repressor bӏ Eҩt hoҥt không gҳn vào operator: sӵ biӇu hiӋn cӫa lac operon ÿѭӧc cҧP ӭng (induction) bҵng lactose
Xúc tác sӵ thӫy phân lactose bӣi b- galactosidase
KiӇm soát âm sӵ biӇu hiӋn cӫa operon lactose
KiӇm soát âm sӵ biӇu hiӋn cӫa operon tryptophane
ĈLӅu hòa phiên mã: kiӇm soát dѭѫng (positive control) - Liên quan ÿӃn activator và activator-binding site (hoһc enhancer) - Activator gҳn vào enhancer ® Wăng cѭӡng tҥo mRNA - Activator ÿêӧF ÿLӅu hòa sau dӏch mã: trҥng thái có hoҥt tính và không có hoҥt tính - Activator ÿѭӧc hoҥt hóa bҵng effector (cAMP) ÿӇ Jҳn vào activator-binding site: trѭӡng hӧp lac operon, mal operon
ĈLӅu hòa kiӇm soát Gѭѫng ӣ lac operon
ĈLӅu hòa kiӇm soát Gѭѫng ӣ mal operon
Vai trò Fӫa activator trong kiӇm sóat Gѭѫng
7ѭѫng tác giӳa protein và nucleic acid - 7ѭѫng tác không chuyên biӋt: histone-DNA - 7ѭѫng tác chuyên biӋt: protein là dimer, mӛi monomer gҳn vào mӝt trình tӵ xác ÿӏnh trên mӝt sѫi DNA - ĈһF ÿLӇm cӫa trình tӵ Jҳn protein: Oһp lҥL ÿҧo ngѭӧc (trên mӝt Pҥch)
7ѭѫng tác giӳa protein và nucleic acid
ĈһF ÿLӇm cҩu trúc cӫa DNA binding protein -Cҩu trúc bұc 2 (xoҳn a-helix), phҫQ әQ ÿӏnh cҩu hình và phҫn chӭa trình tӵ nhұn diӋn (nѫi gҳn) - Xoҳn-gұp-xoҳn (helix-turn-helix motif) - Ngón tay gҳn kӁm (zinc finger) - Dây kéo leucine (leucine zipper)
0ӝt sӕ Fҩu trúc DNA binding protein
ĈһF ÿLӇP ÿLӅu hòa phiên mã ӣ eukaryote - Phѭѫng thӭF ÿLӅu hòa phӭc tҥp hѫn - Promoter bao gӗm: TATA box và UPE (upstream element) -Hҫu hӃt các gen ÿѭӧF ÿLӅu hòa bӣL ÿӗng thӡi nhiӅu trình tӵ ÿLӅu hòa ĈLӅu hòa theo cѫ chӃ kiӇm soát dѭѫng bӣi activator và các Enhancer Qҵm cách xa vӅ phía thѭӧng lѭu hoһc hҥ Oѭu cӫa promoter ĈLӅu hòa theo cѫ chӃ kiӇm soát âm bӣi repressor và trình tӵ ÿLӅu hòa (repressor-binding site)
Promoter ӣ prokaryote và eukaryote
Enhancer và kiӇm sóat dѭѫng ӣ eukaryote
ĈLӅu hòa sӵ biӇu hiӋn cӫa gen trong quá trình biӋt hóa và phát triӇn - Các tӃ bào khác nhau ӣ Fѫ thӇ ÿa bào ÿӅu có lѭӧng DNA nhѭ nhau và có khҧ Qăng bҳt cһp bә sung vӟi nhau - Các tӃ bào biӋt hóa khác nhau có hàm lѭӧng, chӫng loҥi mRNA và protein khác nhau - Các gen ÿѭӧc biӇu hiӋn theo chѭѫng trình thӡi gian - Phiên mã là cѫ chӃ chӫ \Ӄu cӫa sӵ ÿLӅu hòa biӇu hiӋn cӫa gen trong biӋt hóa và phát triӇn
6ӵ thay ÿәi chӛ phình trên NST khәng lӗ ӣ ruӗi giҩm
DI TRUYӄN HӐC CӪA VIRUS, VI KHUҬN VÀ KӺ THUҰT DI TRUYӄN - Sinh hӑc cӫa virus - Enzyme cҳt giӟi hҥn - Bacteriophage - Các phѭѫng pháp thu nhұn gen - Virus thӵc vұt - Các vectѫ chuyӇn gen - Virus ÿӝng vұt -Tҥo DNA tái tә Kӧp - BiӃn nҥp -Tҥo dòng phân tӱ -Tҧi nҥp Ӭng dөng KT di truyӅn - Giao nҥp (tiӃp hӧp)
ĈһF ÿLӇm cӫa virút -YӃu tӕ di truyӅn không tӃ bào gӗm nucleic acid bao bӑc bӣi vӓ protein - Kích thѭӟc nhӓ 0,02 – 0,03mm (nhӓ Kѫn ribosome) - ChӍ nhân bҧn trong tӃ bào chӫ (host cell), có tính chuyên biӋt ký chӫ (tӃ bào chӫ) - Hai dҥng tӗn tҥi: + Bên ngoài tӃ bào chӫ: cҩu trúc ÿҫ\ ÿӫ, không hoҥW ÿӝng, virion hay virus particle + Bên trong tӃ bào chӫ: * Dҥng nucleic acid: ác tính (nhân bҧn), tiӅm tan *Dҥng cҩu trúc ÿҫ\ ÿӫ: sҧn phҭm cӫa quá trình nhân bҧn, thoát ra khӓi tӃ bào chӫ
Phân loҥi virút - Theo ký chӫ: + Virus ӣ vi khuҭn: thӵc khuҭn thӇ (bacteriophage, phage) + Virus thӵc vұt + Virus ÿӝng vұt - Phân loҥi theo vұt liӋu di truyӅn và phѭѫng thӭc nhân bҧn + DNA virus: ssDNA (mҥch ÿѫn), dsDNA (mҥch kép) + RNA virus: ssRNA, dsRNA + RNA-DNA virus: ssRNA (mҥch ÿѫn), dsDNA (mҥch kép)
ĈһF ÿLӇm nhân bҧn virút trong tӃ bào chӫ -Sӵ nhân bҧn, sinh sҧn (reproduction) cӫa virus: tӯ 01 virion ban ÿҫu nhân bҧn lên thành nhiӅu virion trong tӃ bào chӫ - Các bѭӟc trong sӵ xâm nhiӉm và nhân bҧn cӫa virút trong tӃ bào chӫ + Nhұn diӋn, bám dính (attachment) + Xâm nhұp (penetration) + BiӇu hiӋn cӫa gen sӟm (early gene expression) + Sao mã (replication) + BiӇu hiӋn gen muӝn tҥo các protein vӓ (late gene expression) + Lҳp vӓ capsid (assembly) và nҥp bӝ gen (packaging) + Phóng thích virút khӓi tӃ bào -HӋ Vӕ nhân (burst size): sӕ Oѭӧng phҫn tӱ virút ÿѭӧc phóng thích tӯ 1 WӃ bào - Thӡi gian cӫa mӝt chu kǤ nhân bҧn: 20-60 phút (phage), 8-40 giӡ (virút ÿӝng vұt)
Vai trò cӫa virút hӑc - Giúp nghiên cӭu di truyӅn hӑc và hóa sinh hӑc biӃn dѭӥng ӣ WӃ bào - HiӇu sӵ tiӃn triӇn bӋnh gây ra bӣi virus, phѭѫng pháp phòng chӕng -Tҥo các công cө Kӳu hiӋu trong nghiên cӭu di truyӅn vi sinh vұt và Nӻ thuұt di truyӅn - Nghiên cӭu bacteriophage: mô hình nghiên cӭu sinh hӑc phân tӱ và sӵ sinh sҧn cӫa virus - Nghiên cӭu virus thӵc vұt: ý nghƭa quan trӑng vӅ nông nghiӋp, bҧo YӋ thӵc vұt - Nghiên cӭu virus ÿӝng vұt (côn trùng, ÿӝng vұt máu nóng): ý nghƭa quan trӑng vӅ y hӑc
&ҩu tҥo virion - %ӝ gen nhӓ, dҥng vòng hay thҷng chӭa vài gen ÿӃn vài trăm gen + DNA mҥch kép, DNA mҥch ÿѫn + RNA mҥch kép hoһc RNA mҥch ÿѫn + Trѭӡng hӧp mҥch ÿѫn (ss): có thӇ là mҥch mang mã (+) hay mҥch ÿӕi mã (-) + Mӝt sӕ virút có bӝ gen ÿѭӧc phân ÿRҥn thành vài phân tӱ -Vӓ protein (capsid): cҩu tҥo bӣi các protein ÿѫn vӏ (capsomer) tҥo hình chuӛi xoҳn hoһc vӓ 20 mһt - Nucleocapsid: phӭc hӧp capsid và bӝ gen -Mӝt sӕ virút có cҩu trúc ÿuôi hoһF ÿҫX ÿinh giúp xâm nhiӉm tӃ bào chӫ - Virút ÿӝng vұt còn có màng bao có nguӗn gӕc tӯ WӃ bào chӫ
&ҩu trúc virion
Virút ӣ vi khuҭn (bacteriophage)
Phage ác tính và phage ôn hòa - Phage ác tính (lytic bacteriophage): sau khi vào bên trong tӃ bào chӫ VӁ thӵc hiӋn ngay chu trình tan (lytic cycle): biӇu hiӋn gen, nhân bҧn và làm tan tӃ bào chӫ - Phage ôn hòa (temperate bacteriophage): sau khi vào bên trong tӃ bào chӫ có thӇ thӵc hiӋn mӝt trong hai chu trình: + Chu trình tiӅm tan (lysogenic cycle): bӝ gen virus gҳn vào bên trong Eӝ gen tӃ bào chӫ + Chu trình tan (lytic cycle)
Chu trình tan (lytic cycle) - Nhұn diӋn, bám dính (atatchment) - Xâm nhұp (penetration) - BiӇu hiӋn cӫa gen sӟm - Sao mã - BiӇu hiӋn gen muӝn -Lҳp vӓ capsid (assembly) và nҥp bӝ gen (packaging) - Phóng thích virút khӓi tӃ bào
Các bѭӟc trong chu trình tan (lytic cycle) Fӫa phage T4
Xâm nhiӉm và nhân bҧn cӫa phage ôn hòa l trong E. coli - Hai chu trình nhân bҧn trong tӃ bào - Chu trình tan, ác tính (lytic, virulent): + KiӇm soát bӝ máy sinh tәng hӧp cӫa tӃ bào chӫ, ngăn cҧn sӵ sinh Wәng hӧp protein cӫa tӃ bào + Sao chép bӝ gen cӫa virút bҵng cѫ chӃ cuӝn vòng + Tәng hӧp protein vӓ + Lҳp ghép thành nhӳng phҫn tӱ virút mӟi + Phóng thích ra khӓi tӃ bào. - Chu trình tiӅm tan (lysogenic): + Sát nhұp bӝ gen virút vào bӝ gen cӫa tӃ bào chӫ + Sao chép ÿӗng thӡi vӟi bӝ gen cӫa tӃ bào chӫ + Hoҥt hóa sӵ thӇ hiӋn cӫa các gen khѫi mào chu trình tan + ChuyӇn qua chu trình tan
Chu trình tiӅm tan và chu trình tan cӫa phage ôn hòa l
Sát nhұp và tách l khӓi DNA tӃ bào E. coli Sao chép theo cѫ chӃ cuӝn vòng
Tái tә KӧS ӣ phage - HiӋn tѭӧng tái tә Kӧp gen ӣ phage: kiӇu hình vӋt tan và biên ÿӝ WӃ bào chӫ + Ĉѭӡng kính vӋt tan (plaque) r: vӋt tan to r+: vӋt tan bình thѭӡng + Biên ÿӝ WӃ bào chӫ: h: E. coli B và E. coli B2 h+: E. coli B - Lai: T2 h+ r X T2 hr + -KӃt quҧ: T2 h+ r , T2 hr + , T2 h r , T2 h+ r +
Nuôi cҩy và phát hiӋn phage trong E. coli
ĈһF ÿLӇm kiӇu hình cӫa phage trong E. coli
&ѫ chӃ tái tә KӧS ӣ phage
Virút thӵc vұt Ĉa sӕ có bӝ gen RNA - Capsomer dҥng hình xoҳn, viron thѭӡng hình que - Viroid: + Virút thӵc vұt không có capsomer, chӍ có RNA trҫn + Kích thѭӟc bӝ gen rҩt nhӓ (vài trăm nucleotide) + Gây bӋnh ӣ cây: cҧn trӣ trao ÿәi chҩt, ӭc chӃ cây tăng trѭӣng - Virút thӵc vұt ít ÿѭӧc nghiên cӭu, mӝt sӕ ÿѭӧF ӭng dөng trong Nӻ thuұt gen ӣ thӵc vұt
ĈһF ÿLӇm virút ÿӝng vұt - Khác biӋt giӳa virút ÿӝng vұt và phage: + Vӏ trí và phѭѫng thӭc sao mã, dӏch mã trong tӃ bào + Ӣ Pӝt sӕ virút, ngoài vӓ capsid còn có màng bao (envelope) có nguӗn gӕc tӯ màng tӃ bào chӫ + Protein hiӋn diӋn trên màng bao (spike) ÿѭӧc mã hóa tӯ Eӝ gen Fӫa virút + Virút ÿӝng vұt xâm nhiӉm vào tӃ bào bҵng phѭѫng pháp ҭm bào cùng vӟi vӓ capsid + Virion ӣ virút ÿӝng vұt: dҥng virút nguyên vҽn ngoài tӃ bào có màng bao + Nucleocapsid: dҥng virút trong tӃ bào, không có màng bao
Các bѭӟc xâm nhұp cӫa virút ÿӝng Yұt vào tӃ bào chӫ
Phân loҥi virút ÿӝng vұt -Mӝt sӕ tiêu chí phân lӑai: + Có hoһc không màng bao + Bӝ gen: ssDNA, dsDNA, partial dsDNA, ssRNA, dsRNA, + ĈһF ÿLӇm vӅ Fҩu trúc + ĈһF ÿLӇm vӅ sao mã, phiên mã
Virút ÿӝng vұt dҥng ssRNA(-) -Mӝt sӕ virút quan trӑng: + Rhabdovirus: rabies virus gây bӋnh dҥi, vesicular stomatitis gây viêm miӋng + Orthomyxovirus: influenza virus gây cúm + Paramyxovirus: gây EӋnh sӣi, quai bӏ + Ebola virus
ĈһF ÿLӇm nhân bҧn cӫa Paramyxovirus - Gây bӋnh sӣi và quai bӏ ĈһF ÿLӇm nhân bҧn và sao mã: + ssRNA- làm khuôn ÿӇ Wҥo thành các mRNA (ssRNA+ ngҳn), ÿѭӧc dӏch mã thành protein cӫa virút + ssRNA- làm khuôn ÿӇ Wҥo thành ssRNA+ bә sung cӫa Eӝ gen, sau ÿó tҥo thành các Eӝ gen ssRNA-
Retrovirus -Bӝ gen RNA nhѭng tҥo bҧn sao qua trung gian DNA nhӡ reverse transcriptase (RTase) - Có màng bao, virion chӭa nhiӅu protein trong ÿó có 3 enzyme là RTase, integrase và protease -Bӝ gen hai mҥch ÿѫn ssRNA (+)
Các hiӋn tѭӧng di truyӅQ ӣ vi khuҭn - BiӃn nҥp (transformation) -Tҧi nҥp (induction) - Giao nҥp, tiӃp hӧp (conjugation) - ChuyӇn vӏ gen (transposition)
BiӃn nҥp (transformation) và Wҧi nҥp (transduction) ӣ vi khuҭn
TiӃp hӧp: chuyӇn plasmid TiӃp hӧp: chuyӇn DNA Eӝ gen
BiӃn nҥp (transformation) - Quá trình tiӃp nhұn DNA trҫn vào tӃ bào chӫ -TӃ bào chӫ: + Có khҧ Qăng nhұn DNA trҫn: khҧ Qҥp (competent) + Không có khҧ Qăng nhұn DNA trҫn: không khҧ Qҥp (incompetent) - Tính khҧ Qҥp (competence): có thӇ ÿѭӧc tăng cѭӡng bҵng xӱ lý hóa Kӑc, vұt lý -Cѫ chӃ biӃn nҥp: + DNA gҳn lên DNA-binding protein trên vách tӃ bào + Nuclease thӫy phân mӝt mҥch DNA, cho phép mҥch ÿѫn còn lҥi ÿi vào trong tӃ bào + Mҥch DNA ÿѭӧc bҧo vӋ Eӣi mӝt sӕ protein chuyên biӋt + Mҥch DNA tái tә Kӧp vào bӝ gen bӣi RecA protein + TӃ bào có kiӇu gen mӟL ÿѭӧc tҥo thành khi tӃ bào phân chia
&ѫ chӃ biӃn nҥS ӣ vi khuҭn
7ҧi nҥp (transduction) - DNA cӫa tӃ bào cho ÿѭӧc chuyӇn qua tӃ bào nhұn bӣi virút -Tҧi nҥp chuyên biӋt (specialized transduction): tҧi nҥp trên mӝt sӕ gen nhҩW ÿӏnh cӫa vi khuҭn cho (virút mang theo gen cӫa vi khuҭn khi bӏ Fҳt mӝt cách chính xác ra khӓi bӝ gen tӃ bào chӫ) -Tҧi nҥp chung (generalized transduction): tҧi nҥp mӝt gen bҩt kǤ Wӯ vi khuҭn cho sang tӃ bào nhұn (DNA cӫa tӃ bào bӏ phân ÿRҥn và lҳp ngүu nhiên vào vӓ virút mӟi) - BiӃQ ÿәi bӣi phage (phage conversion): sӵ thay ÿәi kiӇu hình ӣ vi khuҭn do sӵ thӇ hiӋn cӫa gen virút tiӅm tan
Thí nghiӋm chӭng minh hiӋn tѭӧng tҧi nҥp
&ѫ chӃ Wҧi nҥp
Plasmid - Phân tӱ DNA vòng, kích thѭӟc nhӓ có thӇ Wӵ sao chép ÿӝc lұp trong tӃ bào chӫ -Cҩu trúc cӫa plasmid: + Mang trình tӵ ORI (origin of replication, Ori) kiӇm soát sao chép và sӕ Oѭӧng bҧn sao cӫa plasmid trong tӃ bào + Gen ÿLӅu khiӇn sӵ chuyӇn DNA trong giao nҥp (mӝt sӕ) + Các gen khác: kháng kháng sinh, tҥo ra ÿӝc tӕ - Plasmid R: plasmid kháng thuӕc + Mang mӝt sӕ transposon mӛi loҥi cho tính kháng ÿӕi vӟi mӝt loҥi kháng sinh nhҩW ÿӏnh + Kháng ÿӗng thӡL ÿӃn 5 loҥi kháng sinh khác nhau + Phát tán tính kháng thuӕc nhanh trong quҫn thӇ thông qua quá trình giao nҥp
Plasmid pBR322
6ӵ giao nҥp (tiӃp hӧp, conjugation) - Plasmid xúc tiӃn sӵ giao Qҥp: + Tәng hӧp khuҭn mao pili giúp hai tӃ bào tiӃp xúc + Tҥo cҫu giao nҥp (conjugative bridge) truyӅn DNA + Plasmid sao chép bҵng Fѫ chӃ sao chép cuӝn vòng (rolling circle replication) và chuyӇn mӝt bҧn sao cho WӃ bào nhұn + TӃ bào nhұn sao chép ÿӇ có plasmid vòng mҥch kép
6ӵ giao nҥp và chuyӇn nhân tӕ F ӣ E. coli
Gen chuyӇn vӏ (transposon) - Trình tӵ sát nhұp (insertion sequence IS) - Gen chuyӇn vӏ hay gen nhҧy (transposon Tn): IS + các gen khác -Tҫn sӕ chuyӇn vӏ Fӫa Tn và IS thҩp (khoҧng 10-5 – 10-4)
- Hai ÿҫu chӭa các trình tӵ Oһp lҥi (repeated sequence) - Bên trong mã hóa transposase: nhұn diӋn, cҳt và nӕi DNA - ChuyӇn vӏ: gen chuyӇn vӏ khi gҳn vào vӏ trí mөc tiêu sӁ nhân ÿôi trình tӵ Yӏ trí mөc tiêu này; hai trình tӵ Yӏ trí mөc tiêu sӁ Qҵm hai bên gen chuyӇn vӏ &ҩu trúc gen và cѫ chӃ chuyӇn vӏ
ChuyӇn vӏ Eҧo tӗn (conservative) và chuyӇn vӏ sao chép (replicative) - ChuyӇn vӏ Eҧo tӗn: không tăng Vӕ Oѭӧng bҧn sao cӫa gen chuyӇn vӏ - ChuyӇn vӏ sao chép: gen chuyӇn Yӏ ÿѭӧc nhân ÿôi
Các phѭѫng pháp thu nhұn DNA và gen - Tách chiӃt DNA, RNA tӯ WӃ bào, mô -Tҥo dòng (cloning): + Dòng hóa gen qua ngân hàng DNA bӝ gen (prokaryote) + Dòng hóa gen qua ngân hàng cDNA (eukaryote) -Tәng hӧp hóa hӑc -Tәng hӧp gen in vitro bҵng PCR (polymerase chain reaction)
7әng hӧp hóa hӑc oligonucleotide Ngày nay, vӅ Pһt kӻ thuұt có thӇ Wәng hӧp hóa hӑF ÿѭӧc nhӳng ÿRҥn DNA ngҳn (30 – 35 base). Qui trình ÿLӇn hình ÿӇ Wәng hӧp các ÿRҥn DNA này là gҳn nucleotide ÿҫu tiên lên mӝt giá thӇ Uҳn có lӛ, sau ÿó tuҫn tӵ Jҳn vào các nucleotide tiӃp theo. Mҥch DNA sӁ ÿѭӧc kéo dài ra khӓi các lӛ. Các ÿRҥn DNA tәng Kӧp này ÿѭӧc dùng cho nghiên cӭu và trong công nghӋ di truyӅn.
KhuӃch ÿҥi bҧn sao DNA bҵng kӻ thuұt PCR - PCR (polymerase chain reaction): phҧQ ӭng chuӛi tәng hӧp DNA Eҵng polymerase - KhuӃch ÿҥi sӕ Oѭӧng bҧn sao ÿRҥn DNA lên 106 lҫn -Cһp mӗi (19-30 nucleotide) ÿѭӧc tәng hӧp dӵa vào trình tӵ nucleotide ӣ hai ÿҫu cӫD ÿRҥn DNA cҫn khuӃch ÿҥi - Khuôn tәng hӧp: ÿRҥn DNA cҫn khuӃch ÿҥi hoһc DNA chӭD ÿRҥn Fҫn khuӃch ÿҥi này -Mӛi chu kǤ: + BiӃn tính tҥo mҥch DNA mҥch ÿѫn + Bҳt cһp mӗi-khuôn + Tәng hӧp (kéo dài) bҵng Taq DNA polymerase chӏu nhiӋt + Lһp lҥi nhiӅu chu kǤ (25 – 30 chu kǤ)
Nhân bҧn sao DNA Eҵng PCR
Phân tích DNA - Phân ÿRҥn DNA theo kích thѭӟc bҵng ÿLӋn di trên gel agarose (agarose gel electrophoresis, ) - Phát hiӋn DNA bҵng phҭm nhuӝm huǤnh quang ethidium bromide GѭӟL ÿèn UV - Phân tích DNA bҵng ÿӝ Kҩp thu ánh sáng FӵF ÿҥi ӣ 260nm - Giҧi trình Wӵ
ĈLӋn di trên gel agarose và xem vҥch DNA
ĈLӋn di trên gel agarose và xem vҥch DNA
Giҧi trình tӵ DNA - Dùng phѭѫng pháp Sanger Yӟi dideoxyribonucleotide (ddNTP) ÿánh dҩu - Trình tӵ DNA ÿѭӧF ÿӑc Gӵa trên tәng hӧp các sӧi Eә sung bҵng DNA polymerase bӏ gián ÿRҥn Eӣi mӝt ddNTP nhҩW ÿӏnh ÿѭӧF ÿánh dҩu - Tách các ÿRҥn DNA bҵng ÿLӋn di Ĉӑc trình tӵ
Nguyên tҳc giҧi trình tӵ DNA theo pp Sanger Vӱ Gөng ddNTP
Enzyme cҳt giӟi hҥn - Có trình tӵ nhұn biӃW ÿӕi ngүu (palindrome): trình tӵ 5’-3’ cӫa hai VӧL ÿӗng nhҩt -Cҳt tҥi trình tӵ nhұn biӃt tҥR ÿҫu dính hay ÿҫu bҵng - Là công cө giúp chӫ ÿӝng lҳp ghép gen tҥi mӝt trình tӵ nhҩW ÿӏnh trên DNA
ThӇ mang gen: vector - Vector: phân tӱ DNA kích thѭӟc nhӓ dùng ÿӇ mang gen, sao chép, thao tác trên gen - Vector tҥo dòng và vector biӇu hiӋn - Vector tҥo dòng: chuyӇn và lѭu trӳ gen tái tә Kӧp trong tӃ bào chӫ, nhân bҧn, thao tác, phân tích sau ÿó trên DNA tái tә Kӧp sӁ GӉ dàng hѫn - Vector biӇu hiӋn: tҥo sҧn phҭm cӫa gen tái tә KӧS ӣ Pӭc phiên mã, dӏch mã, phân tích trình tӵ ÿLӅu hòa sӵ biӇu hiӋn cӫa gen
Vector tҥo dòng là plasmid Ĉѭӧc chuyӇn vào tӃ bào bҵng sӵ biӃn nҥp -Tӵ sao chép ÿӝc lұp vӟi bӝ gen tӃ bào chӫ -Mӝt sӕ ӣ trҥng thái ÿa bҧn sao làm tăng sӕ Oѭӧng DNA tái tә Kӧp trong tӃ bào - Mang các dҩu hiӋu di truyӅn chӑn lӑc (selective genetic marker) - Chӭa polycloning site -Cҩu trúc cho phép WҥR ÿӝt biӃn bҩt hoҥt chèn dùng cho mөF ÿích chӑn Oӑc
7Ӄ bào chӫ - E. coli: + TӃ bào chӫ phә biӃn nhҩt + Vi sinh vұt gây bӋnh cѫ Kӝi + Không tiӃt enzyme - Bacillus subtilis: + Không gây bӋnh, không tҥo nӝL ÿӝc tӕ, tiӃt protein + Pasmid không әQ ÿӏnh trong tӃ bào chӫ - Saccharomyces cerevisiae: + TӃ bào eukaryote ÿѭӧc nghiên cӭu di truyӅn kӻ nhҩt + Sӱ Gөng ÿӇ biӇu hiӋn gen eukaryote - Virút ÿӝng vұt (SV40, retrovirus ): + Dùng ÿӇ dòng hóa gen vào tӃ bào hӳu nhǊ, cѫ chӃ tiӅm tan
Thao tác tái tә Kӧp gen bҵng kӻ thuұt di truyӅn -Cҳt DNA bҵng enzyme cҳt giӟi Kҥn nhҩW ÿӏnh -Nӕi các ÿRҥn cҳt bҵng ligase -Gҳn DNA tái tә Kӧp vào vectѫ ÿm ÿѭӧc cҳt bӣi enzyme thích Kӧp) bҵng ligase -Lѭu trӳ và nhân bҧn vectѫ và DNA tái tә Kӧp trong tӃ bào chӫ - Tách chiӃt vectѫ Wӯ WӃ bào chӫ và thu nhұn DNA tái tә Kӧp khi cҫn thiӃt
7ҥo dòng phân tӱ (molecular cloning) -Tҥo dòng phân tӱ dùng kӻ thuұt di truyӅn phân lұp và làm thuҫn mӝt gen: + Tách và phân ÿRҥn DNA nguӗn + Gҳn các ÿRҥn DNA bӏ Fҳt vào vector dòng hóa + BiӃn nҥp và giӳ DNA tái tә Kӧp trong tӃ bào chӫ: ngân hàng DNA (DNA library, DNA bank) + Phát hiӋn và làm thuҫn dòng Pөc tiêu + Nuôi cҩy dòng mөc tiêu ÿӇ ly trích và nghiên cӭu DNA tái tә Kӧp
TuyӇn chӑn dòng mөc tiêu - Gen ÿѭӧc biӇu hiӋn trong tӃ bào chӫ là vi khuҭn: + Lai miӉn dӏch (Western blotting, Immunoblotting) + Hoҥt tính enzyme + Bә trӧ ÿӝt biӃn (gen ngoҥi lai ÿӗng Gҥng vӟi gen cӫa tӃ bào chӫ) - Gen ngoҥi lai không biӇu hiӋn trong tӃ bào chӫ: + Lai in situ: + Lai khuҭn lҥc (colony hybridization): vector là plasmid + Lai plaque (plaque colonization): vector là phage
Ӭng dөng thӵc tiӉn cӫa kӻ thuұt di truyӅn -Sҧn xuҩt nhӳng sҧn phҭm trao ÿәi chҩt cӫa vi sinh vұt -Sҧn xuҩt vҳcxin phòng chӕng virus -Sҧn xuҩt protein cӫD ÿӝng vұt hӳu nhǊ -Tҥo ra các thӵc vұt, ÿӝng vұt chuyӇn gen - Phân lұp và ӭng dөng nguӗn gen vi sinh trong xӱ lý môi trѭӡng -Tҥo các thuӕF ÿLӅu hòa sӵ thӇ hiӋn cӫa gen - LiӋu pháp gen chӳa trӏ các bӋnh di truyӅn
6ҧn xuҩt protein hӳu nhǊ tái tә Kӧp bҵng VSV -Vҳcxin tái tә Kӧp - Insulin -Vҳcxin DNA - Cytokine
Ӭng dөng trong cây trӗng - Vector tҥo dòng ӣ WӃ bào thӵc vұt Ӭng dөng trong công nghӋ sinh hӑc thӵc vұt
Ӭng dөng trên vұt nuôi và y hӑc Ĉӝng vұt chuyӇn gen - Di truyӅn hӑc ngѭӡi
Các nguyên tҳc căn bҧn cӫa Nӻ thuұt di truyӅn (1) - Hóa hӑc DNA: qui trình ly trích, giҧi trình tӵ, tәng hӧp DNA - Enzyme hӑc DNA: enzyme cҳt giӟi hҥn, ligase, DNA polymerase - Sao chép DNA: cѫ chӃ sao chép DNA, sao chép ÿӝc lұp cӫa các vector - Plasmid và giao nҥp: plasmid, cѫ chӃ sao chép, chuyӇn gen Eҵng plasmid - Phage ôn hòa: Fѫ chӃ sao chép, sát nhұp cӫa phage ôn hòa, Fѫ chӃ Wҧi nҥp - BiӃn nҥp: các phѭѫng pháp chuyӇn DNA trҫn vào tӃ bào - Hóa hӑc và enzyme hӑc RNA: phѭѫng pháp thao tác vӟi mRNA, cҩu trúc, cѫ chӃ chӃ biӃn mRNA
Các nguyên tҳc căn bҧn cӫa Nӻ thuұt di truyӅn (2) - Sao chép ngѭӧc: RTase, tәng hӧp DNA tӯ mRNA - Phiên mã: các nhân tӕ tham gia ÿLӅu hòa sӵ phiên mã, promoter và cѫ chӃ ÿLӅu hòa operon - 'ӏch mã: các bѭӟc dӏch mã, sӵ Jҳn ribosome lên mRNA, vai trò cӫa mã khӣL ÿҫu và ý nghƭa cӫa khung ÿӑF ÿúng - Hóa hӑc protein: các phѭѫng pháp ly trích, tinh chӃ, thӱ hoҥt tính và giҧi trình tӵ amino acid - 6ӵ tiӃt protein và biӃQ ÿәi sau dӏch mã: Fѫ chӃ tiӃt protein, các biӃQ ÿәi sau dӏch mã - %ӝ mã di truyӅn: Eӝ mã di truyӅn, tính toàn năng, mã ngoҥi lӋ
&ѫ Vӣ Fӫa Nӻ thuұt di truyӅn