Cơ sở di truyền học phân tử - PSG.TS Trần Linh Phước - ĐH Khoa học tự nhiên

Chia sẻ: nguyenvanquan037

Hiện tượng biến nạp ở vi khuẩn: Đun nhiệt chủng độc, tiêm vào chuột: chuột sống. Đun diệt chủng độc, trộn với chủng lành, tiêm vào chuột: chuột chết. Kết luận: tế bào chủng độc chết đã truyền tính gây bệnh cho chủng lành.Tổng hợp hóa học và sử dụng các đoạn oligonucleotit .

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Cơ sở di truyền học phân tử - PSG.TS Trần Linh Phước - ĐH Khoa học tự nhiên

I H C QU C GIA TP.HCM
TR NG H KHOA H C T NHIÊN
TÀI LI U GI NG
SINH H C IC NG A1

S
DI TRUY N H C PHÂN T


PGS.TS. TR N LINH TH C
SINH H C IC NG A1
Ph n 1. SINH H C T BÀO
Ph n 2. DI TRUY N H C
Ch.7: C phân t a tính di truy n
Ch.8: Sinh t ng h p protein
Ch.9: Di truy n h c virus, vi khu n và k thu t di truy n
Ch.10: Ki m soát s bi u hi n c a gen và s phát tri n
Ch.11: Nhi m s c th và s phân bào eukaryota
Ch.12: Các nh lu t di truy n Mendel
Ch.13. Di truy n h c nhi m s c th
Ph n 3. H C THUY T TI N HÓA
Ch.14: H c thuy t ti n hóa c a Darwin
Ch.15: Qu n th là n v ti n hóa
Ch.16: Loài và hình thành loài
Ch.17: S phát sinh và phát tri n c a s ng trên trái t
U TRÚC VÀ S NHÂN B N
A V T LI U DI TRUY N

- DNA là v t ch t di truy n
- Thành ph n và c u trúc DNA
- C ch sao chép (replication)
- C ch a sai và b o v DNA
DNA là v t ch t di truy n

- Thí nghi m ch ng minh hi n t ng bi n n vi khu n
(Griffith, 1928)
- Thí nghi m ch ng minh nhân t gây bi n n p là DNA (Avery,
Loeod, Carty, 1944)
- Thí nghi m xác nh v t li u do phage b m vào vi khu n là DNA
(Hershey, Chase, 1952)
Hi n t ng bi n n vi khu n

- Streptococcus
pneumoniae: ph u
khu n gây viêm ph i
+ Ch ng c (S, smooth): khu n
c tr n, gây ch t chu t
+ Ch ng lành (R, rough): khu n
c thô, không gây ch t chu t
Hi n t ng bi n n vi khu n
un di t ch ng c, tiêm vào
chu t: chu t s ng
un di t ch ng c, tr n v i
ch ng lành, tiêm vào chu t: chu t
ch t
- K t lu n: t bào ch ng c ch t
ã truy n tính gây b nh cho ch ng
lành
- Bi n n p (transformation):
+ Griffith: Hi n t ng truy n
tính gây b nh t vi khu c
sang vi khu n lành
+ S ti p nh n DNA tr n b i t
bào nh n
Thí nghi m Griffith (1928)
Thí nghi m Avery, Leod, Carty (1944)
- Ch ng c ch c x lý b ng các enzyme khác nhau tr c khi tr n
i ch ng lành và tiêm vào chu t:

+ X lý b ng Protease (th y phân
protein): chu t ch t
+ X lý b ng Ribonuclease (th y
phân RNA): chu t ch t
+ X lý b ng Endonuclease (th y
phân DNA): chu t s ng
+ Tr n DNA t ch ng c ch t v i
ch ng lành, tiêm vào chu t: chu t
ch t
- KL: DNA là v t li u truy n di
truy hi n t ng bi n n p
xâm nh p và nhân b n c a bacteriophage vi khu n
- Phage (Bacteriophage, th c
khu n th , virút c a vi khu n)
- Phage T2:
+ protein bên ngoài
+ DNA bên trong
- Phage T2 xâm nhi m vi khu n
E. coli
+ G n lên b t vi khu n
+ Chuy n v t ch t vào vi khu n
+ Làm tan vi khu n và phóng
thích k100 phage m i
- Protein hay DNA c chuy n
vào E. coli?
Thí nghi m Hershey,
Chase (1952)
ánh d u protein c a phage b ng S35 và
DNA c a phage b ng P32 ng cách nhi m
phage lên E. coli nuôi trong môi tr ng có
ch a ch t dinh d ng mang P32 và S35
- Phage c sinh ra có protein mang S35
và DNA mang P32
Thí nghi m Hershey, Chase (1952)
- Nhi m phage ánh d u S35 và P32 lên E. coli nuôi trong môi
tr ng không ch ng v phóng x
- Tách ph n g n c a phage lên b t E. coli ng cách l c m nh
- Ly tâm làm l ng E. coli áy ng ly tâm
- Thu E. coli n l ng (c n ly tâm, precipitant) áy ng ly tâm và thu
ch không l ng t a (d ch n i, supernatant) ch a phage
- Xác nh hàm l ng ng v phóng x S35 và P32 lên trong E. coli và
trong d ch n i:
+ T bào E. coli ch a 70% t ng P32, r t ít S35
+ D ch n i ch a 80% t ng S35 , r t ít P32
- KL:
+ DNA c a phage c chuy n vào trong t bào E. coli, cho
phép nhân b n t o nhi u phage m i trong t bào E. coli
+ t ch t di truy n c a phage là DNA
Phân n các i phân t sinh h c b ng ly tâm
Thí nghi m Hershey, Chase (1952)
Thành ph n và c u trúc DNA
- Thành ph n hóa h c và m s i DNA m ch n
- Mô hình c u trúc DNA m ch ôi Watson – Crick
c tính i song song
- Các c u hình DNA
- C u trúc b c cao c a DNA bào ti n nhân (prokaryote)
- C u trúc b c cao c a DNA bào nhân th t (eukaryote)
Thành ph n hóa h c c n phân (nucleotide) trong
DNA và RNA
hình thành nucleoside và nucleotide
Các d ng nucleoside monophosphate t adenine:
AMP, cAMP
Các d ng deoxyribonucleotide
Các d ng ribonucleoside monophosphate
Phân l ai nucleotide và nucleic acid
o thành phân t polynucleotide b ng
liên k t phosphodiester
p x p base, ribose và phosphate
trong m ch nucleic acid
- Khung: m ch ribose và liên k t phosphodiester
u ch a g c phosphate t do: u 5’ phosphate ( u 5’)
u ch a g c 3’-hydroxyl t do: u 3’-OH ( u 3’)
- Các base g n vuông g c v i m t ph ng ng ribose
- M ch nucleotic acid có tính nh h ng
Liên k t hydrogen gi a các c p base purine-pyrimidine
trong nucleic acid m ch kép
Mô hình DNA m ch kép c a Watson-Crick (1953)
Tính i song song c a hai m ch trong phân t DNA
Các c u hình c a DNA trong t bào
- DNA t n t nhi u c u hình
khác nhau:
+ Bán kính phân t (r)
+ Kho ng cách gi a 2
nucleotide (h)
+ Các c p nucleotide/vòng
xo n (n)
- D ng B: trong u ki n sinh
lý bình th ng
- Các d ng khác (A, C, … Z):
các u ki n môi tr ng, n i
môi tr ng khác nhau
Các thông s c tr ng c a DNA d ng A, B, Z
So sánh kích th c t bào và phân t DNA
u trúc b c cao c a DNA prokaryote
u trúc b c cao c a
DNA eukaryote
ch sao chép DNA

- Sao chép theo khuôn, bán b o t n
- C ch phân t a sao chép
- So sánh sao chép prokaryote và eukaryrote
Sao chép theo khuôn, bán b o t n
- Sao chép, sao mã (replication):
- Thí nghi m Meselson, Stahl (1958) E. coli
ch phân t a sao chép
u ki n c a ph ng t ng h p DNA (sao chép)
+ C n khuôn m ch n
+ Xúc tác b i DNA polymerase
+C n m i (primer): n RNA ng n b sung v i khuôn
+ C ch t: dATP, dCTP, dTTP, dGTP (dNTP)
+ M ch m c t ng h p b ng cách kéo dài m i theo chi u
5’ – 3’: u 5’-phosphate c a nuleotide m c g n vào u
3’OH c a ribose trong oligonucleotide
+ Các nucleotide c n i v i nhau b ng liên k t phosphodiester
gi a 5’-phosphate và 3’OH
Các DNA polymerase E. coli
ch t c a ph ng t ng h p RNA, DNA
Khuoân,
moài vaø
toång hôïp
theo
chieàu
Ba b c trong quá trình sao chép
- Kh i s (initiation): hình thành ph c h p sao chép (replisome)
trình t kh i s sao chép oriC, hình thành khuôn m ch n, hình
thành ch ba sao chép (replication fork), t o primer
- T ng h p (kéo dài, elongation): kéo dài primer, t ng h p s i DNA
theo khuôn
- K t thúc (termination): gi i th ph c h p replisome, k t thúc sao mã
Các protein c n cho quá trình sao mã
- DnaA: nh n di n, g n vào oriC, c m ng tách m ch, c m ng g n
DnaB, DNAC
- DnaB: replicative helicase; l c phân
- DnaC: giúp g n DnaB vào khuôn; l c phân
- DnaG: primase
- SSB: g n, n nh DNA m ch n
- DNA gyrase: gi i xo n DNA
- DNA polymerase III : kéo dài primer, t o m ch DNAm i; có ho t
tính 3‘ – 5‘ exonuclease lo i b nucleotide sai
- DNA polymerase I: th y phân m i RNA và thay b ng DNA
- DNA ligase: n i các n Okazaki
n DnaA vào oriC và hình thành
khuôn m ch E. coli




20-40 DnaA-ATP
monomers
Kh i s
sao chép
trí và ho ng c a các protein
trong sao chép




B. Albers (2003) Nature 421: 431-435.
ng tác ch t ch gi a cac DNA polymerase trên
hai khuôn trong sao chép




B. Albers (2003) Nature 421: 431-435.
ng h p liên t ch tr c và
không liên t ch sau
- ch tr c (leading
strand): ng h p liên t c,
ng i vào ch ba sao
chép
- ch sau (lagging
strand): ng h p không
liên t c theo t ng n
Okazaki (1000-2000bp),
theo h ng i ra kh i ch
ba sao chép
- sao chép E.
coli: 5 x 104 nu/phút
Vai trò DNA polymerase I và ligase
ng h p m ch sau
ng h p theo m t và hai ch ba sao chép
Sao chép và phân tách DNA con prokaryote
Phân tách
DNA con khi
hoàn t t sao
chép
Sao chép
eukaryote
- Sao chép ph c t p và
ch m h n so v i
prokaryote (kho ng 50
nucleotide/giây).
- Nhi u replicon trên 1
NST.
- C ch ki m soát s sao
chép l p l 1 ori.
Sao chép ng th i trên nhi u replicon eukaryote
t thúc sao chép E. coli
ch a sai và b o v DNA

- Các d ng t bi n trên DNA
- S a sai trong sao chép
- S a sai các t bi n
- Các h th ng b o v DNA
Các d ng t bi n trên DNA

t bi n do sai sót trong sao chép
t m ch do c c
- Th y phân liên k t N-glycoside làm m t base purine
- Methyl hóa trên base d n b t c p sai
- M t nhóm amine d n b t c p sai
- Chuy n d ng enol - keto d n b t c p sai
- T o dimer thymine trên cùng m t m ch do tia UV
Th y phân N-glycoside làm m t base purine
(1/5000nu/ngày/t bào ng i)




t nhóm amine
(1/100nu/ngày/t bào ng i)
th ng s a sai DNA m b o tính nh c a v t
li u di truy n DNA qua các th

- T n s sai sót c a sao chép in vitro: 10-5
- T n s sai sót c a sai sót in vivo: 10-9
- H th ng s a sai DNA:
+ S a sai trong sao chép: DNA-polymerase III, DNA polymerase I
+ S a sai do t bi n
th ng s a sai
trên DNA
ch DNA m và con Phát hi n nucleotide sai
trên m ch con
Thay n ch a nucleotide sai b ng nm i
Thay n
ch a
nucleotide
t base
ng n
i
th ng b o v DNA

- H th ng gi i h n – bi i
- H th ng SOS
- H th ng s a sai
th ng gi i h n và bi i (restriction – modification)
- Giúp vi khu n phân bi t DNA chính mình v i DNA ngo i lai (virus) và th y
phân DNA ngo i lai
m:
+ Nh n di n m t trình t nucleotide chuyên bi t (trình t nh n bi t) có tính
i ng u (palindrome, trình t -3 a hai s ng nh t
+ Có ho t tính methyl hóa m t nucleotide trên trình t nh n bi t: ho t tính
methylase
+ Có ho t tính c t liên k t phosphodiester t i trình t nh n bi t ho c m t v trí
nh nh so v i trình t nh n bi t: ho t tính endonuclease
+ Ho t tính endonuclease ch có i v i trình t nh n bi t không b methyl
hóa
BI U HI N GEN:
PH NG TH C S NG THÔNG TIN DI
TRUY N TRONG T BÀO
- H c thuy t trung tâm
- DNA và mã di truy n
- Phiên mã prokaryote
- Phiên mã eukaryote
m, ch c n ng các s n ph m phiên mã (RNA)
- D ch mã
- Bi i sau d ch mã
c thuy t trung tâm


- Gen và tính tr ng
- Nguyên t c truy n thông tin di truy n trong t bào và qua các th
- Các b c trong quá trình bi u hi n c a gen
Sai h ng c a
gen d n
các sai h ng
sinh hóa

nh ni u
alkaptonuria
(Garrod, 1908): t
bi n l n liên quan
n homogentisic
acid oxidase
Các b nh di truy n
t bi n l n khác
trong chu trình
phenylalanine
1 Gen – 1 Enzyme
- Beadle, Tatum (1941): thí nghi m trên m c vàng Neurospora
crassa
- T o các ch ng m t bi n khuy t d ng (m t kh ng t ng
p m t nhu c u dinh d ng, ví d t axít amin)
- Xác nh m i ch ng t bi n liên quan n 1 gen: gi thuy t “1
gen – 1 enzyme”
-M ng khái ni m:
+ 1 gen – 1 protein
+ 1 gen – 1 polypeptide
+ 1 gen – 1 i phân t sinh h c
Nguyên t c truy n thông tin di truy n trong t
bào và qua các th


Truy n thông tin
gi a 2 th




Truy n thông tin
trong t bào




Functional protein
Ý ngh a và m c a các b c truy n thông tin (1)
1. Phiên mã (transcription):
+ Ch n l a ph n thông tin di truy n c n s ng t gen
+ Chuy n thông tin di truy n t DNA thành RNA
+ Kích th c RNA nh n 1/1000 l n so v i DNA
+ RNA kém b n do có C2’-OH, ch n t i trong m t th i gian
nh nh trong t bào
+ Ph ng th c mã hóa thông tin không thay i
+ B n ch t hóa h c và ki u liên k t h u nh không thay i
Ý ngh a và m c a các b c truy n thông tin (2)
2. D ch mã (translation):
+ Thông tin di truy c d ch thành trình t các amino acid
có b n ch t hóa h c và ki u liên k t khác
+ Các s n ph m phiên mã c d ch mã khác nhau
+ S n ph m d ch mã có c u trúc và ch c n ng a d ng
+ Protein không b n v ng và b th y phân sau m t th i gian
nh nh
3. Bi i sau d ch mã (post-translational modification):
+ Giúp ki m soát cao h n s bi u hi n c a gen
+ Th c hi n b ng nh ng bi i c ng hóa tr ho c không c ng
hóa tr
Ch c n ng a d ng c a protein




u hòa Truy n tin



u trúc CH C N NG n chuy n



Di ng Xúc tác
Dòng thông tin bào prokaryote và eukaryote
- Prokaryote: DNA → RNA → Protein → Functional protein
- Eukaryote: DNA → pre-mRNA → RNA → Protein → Functional protein
Mã di
truy n
(codon)
Phiên mã (transcription)
- Là ph ng sinh t ng h p RNA trong t
bào t khuôn DNA
u ki n c a phiên mã in vivo:
+ RNA polymerase có ho t tính (t o
liên k t phosphodiester gi a NTP
a theo khuôn DNA m ch n)
+ Có NTP (ATP, UTP, CTP, GTP)
+ Gen c “m ”
+ S phiên mã c th c hi n theo
ng n v phiên mã (transcription unit)
-S ng h p RNA luôn theo chi u 5’ – 3’
n v phiên mã (transcription)
n v phiên mã:
+ Promoter: trình t DNA n i g n RNA polymerase
+ Trình t mang mã: m trình t các b ba mã hóa (codon) b u
ng AUG (Met, fMet) và codon k t thúc. (Khung c m : Open reading frame,
ORF)
+ Terminator: trình t mã hóa c u trúc k t thúc phiên mã
- RNA polymerase g n v i promoter thông qua nhân t sigma
Promoter và s nh n di n b i sigma
- Promoter: vùng ch a trình t o t n (consensus) các nucleotide -10
(TATAAT) và -35 (TTGACA) so v mb u phiên mã +1
- Nhân t sigma nh n di n và g n promoter t i vùng -10 và -35
- Sigma g n promoter
hai m ch, m ch xuôi
5’ – 3’ ch a consensus
c nh n di n là m ch
mang mã; m ch i di n
là m ch khuôn dùng
ng h p RNA
- Trình t nucleotide c a
RNA là t ng t i
trình t nucleotide c a
ch mang mã
Phiên mã theo các n v phiên mã

Maïch DNA khuoân




Maïch DNA mang maõ
Ba b c trong s phiên mã: kh i s (initiation)
Các s ki n trong kh i s phiên mã
Phiên mã eukaryote
So sánh phiên mã prokaryote và eukaryote (1)
1. Prokaryote:
+ M t lo i RNA polymerase t ng h p t t c RNA
+ mRNA th ng ch a nhi u ORF (nhi u gen, polycistron)
2. Eukaryote:
+ Vùng mang mã di truy n c a gen (exon) b gián n b i các n
không mang mã (intron)
+ mRNA c t ng h p qua hai b c: ti n mRNA (pre mRNA) và
RNA tr ng thành (marure mRNA)
So sánh phiên mã prokaryote và eukaryote (2)
+ Pre mRNA có ch a chóp 7-Methyl-guanosine u 5’ và
ch uôi polyA (100-200 adenine) u 3’
+ Pre mRNA c ch bi n (splicing) lo i b intron và n i
các exon lai tr c khi i vào t bào ch t
+ mRNA tr ng thành trong t bào ch t ch a thông tin liên t c
+ mRNA ch ch a 1 ORF (m t gen, monocistron)
+ RNA polymerase I và III: t ng h p rRNA, tRNA và các RNA
nh khác
+ RNA polymerase II: t ng h p mRNA
n chóp 5’,
uôi polyA và
splicing trong
phiên mã
eukaryote
Các vùng ch c n ng và n c a mRNA
- Các vùng ch c n ng:
+ 5’-UTR (untranslated region): vùng 5’ không d ch mã
+ Vùng d ch mã: 1 hay nhi u khung d ch mã (open reading frame, ORF)
+ 3’-UTR: vùng 3’ không d ch mã
+ C u trúc k t thúc (terminator)
n mRNA:
+ Ph thu c vào c u trúc b c cao u 5’ và 3’, cap 5’ và uôi polyA
+ mRNA c a prokaryote c u trúc n gi n, th i gian bán phân ng n (phút)
+ mRNA c a eukaryote có th i gian bán phân dài: 30 phút – 24 gi




Vùng 5 không Vùng 3 không
ch mã Vùng d ch mã, ORF ch mã
nv
phiên mã
a operon
RNA
prokaryote
RNA ribosome (rRNA)
u trúc b c
hai c a rRNA
RNA v n chuy n (tRNA)
n chuyên bi t amino acid lên tRNA t ng ng
- Liên k t ester hình thành gi a 3-OH c a tRNA và –COOH c a amino acid
ng ng nh xúc tác c a aminoacyl tRNA synthetase t ng ng
Mô hình phân t minh
a tính chuyên bi t gi a
enzyme, amino acid và tRNA
Các RNA khác
- Ribozyme: RNA có ho t tính xúc tác ph n
ng hóa h c; ví d intron xúc tác s t
intron và n i exon trong spilcing
- ssRNA (small stable RN): các RNA nh , b n.
Ví d : tmRNA (transfer-messenger RNA)
trong hòan t t d ch mã các mRNA không có
stop-codon
ch mã (translation)
- Là quá trình sinh t ng h p protein trong t bào trên khuôn mRNA và ribosome
u ki n c a d ch mã in vivo:
+ Có amino acid và aminoacyl tRNA (tRNA g n amino acid)
+ Có các nhân t ch mã
+ Ribosome ho ng và mRNA
+S ch mã c th c hi n theo t ng n v là ORF
-S ch mã luôn theo chi u 5’ – 3’ c a mRNA; u 5’ t ng ng v u -NH2
u N); u 3’ t ng ng v u –COOH ( u C) c a polypeptide
ch mã trên
polysome ng th i
i phiên mã
prokaryote
Ba b c trong d ch mã: kh i s (initiation)
- G m các s ki n l p ghép có tr t t a mRNA, các ti u ph n ribosome,
tRNAMet t i codon kh i s , tr c khi hình thành m t liên k t peptide
- Ribosome hoàn ch nh có ít
nh t ba v trí:
+ A: i ti p nh n tRNA
n amino acid
+ P: i ti p nh n tRNAMet
kh i s và n i ch a tRNA-
peptide
+ E: trí thoát c a tRNA
c ki m soát b i các
nhân t kh i s ch mã
(initiation factor, IF)
Ba b c trong d ch mã: kéo dài (elongation)
- Các nhân t kéo dài d ch mã (elongation factor, EF) giúp a tRNAaa
vào v trí A và c ng s xúc tác hình thành liên k t peptide
Ba b c trong d ch mã: kéo dài (elongation)

- Ribosome d ch chuy n 1
codon theo chi u 5’ – 3’ c a
mRNA
- Vi trí c a các tRNA trên
ribosome thay i
- N ng l ng c cung c p
th y phân GTP
Dòch chuyeån
Hình thaønh moät codon
lieân keát peptide
Hình thành liên k t peptide và s ch chuy n c a
ribosome trong d ch mã
Ba b c trong
ch mã:
t thúc
(termination)
- V trí A c a
ribosome g p codon
t thúc
- Nhân t t thúc
ch mã (releasing
factor, RF) g n
- Th y phân liên k t
ester gi a peptide và
tRNA
- Hai ti u ph n
ribosome tách ly và
i khuôn mRNA
Bi i sau d ch mã (post-translational modification)
- Bi i c ng hóa tr : n thêm ng, phosphate, methyl…
- Bi i không c ng hóa tr :
+ G n v i m t h p ch t phân t ng nh (tác nhân bi n c u)
+ G n v i m t protein khác
+ T ng tác v i chaperone phân t
t bi n (mutation) làm thay i ki u gen và ki u hình
- t bi m:
+ Thêm ho c m t m t base: làm l ch khung d ch mã
+ Thay th base này b ng base khác: t bi n l ch ngh a (mis-sense),
t bi n trung tính (neutral) hay l ng (silent), t bi n m t ngh a
(non-sense)
+ H i bi n (reverse mutation): t bi m tr i base ban u
- t bi n m n: thêm n, m n, n, chuy n v : làm
t ho t gen và m t khung d ch mã
- ns t bi n t nhiên:
+ t bi n trong sao chép: 10-4 – 10-8/ th
+ t bi n m t ngh a: 10-6 – 10-8/ th
+ Chuy n v gen: 10-4/th
- Tác nhân gây t bi n: tia x , hóa ch t, sinh h c
U HÒA S BI U HI N C A GEN
VÀ S PHÁT TRI N
- Hi n t ng u hòa bi u hi n c a gen
mc nc as u hòa bi u hi n c a gen prokaryote và
eukaryote
- Các m u hòa s bi u hi n c a gen
- Ki m soát d ng và ki m soát âm prokaryote
- C u trúc protein u hòa
m ki m soát phiên mã c a gen eukaryote
u hòa bi u hi n c a gen trong bi t hóa và phát tri n
Hi n t ng u hòa s bi u hi n c a gen

áp ng thích nghi c a t bào, cá th hình thái, sinh lý, sinh
hóa… i v i s thay i c a môi tr ng
- S bi u hi n n i ti p, có ch ng trình c a các gen sinh v t
- S bi t hóa thành nhi u t bào có ch c n ng khác nhau trong c th
a bao b c cao
m
bi u hi n
a gen
prokaryote

- S bi u hi n
a gen áp ng
theo thay i c a
môi tr ng
- H u nh không
có bi t hóa
m bi u hi n c a gen eukaryote
- Ph ng th u hòa ph c t p h n và có s bi t hóa
Các m u hòa s bi u hi n c a gen

- c DNA:
+ Thay i c u trúc b c cao
+ t bi n, s p x p l i DNA
- c phiên mã: ng c ng hay c ch phiên mã t o mRNA
- c d ch mã:
+ Tính nh và c u trúc c a mRNA
+ Hi u qu ng h p protein
- c sau d ch mã:
+ Hình thành c u hình t nhiên
+ Ch c n ng và ho t tính protein
u hòa s bi u hi n c a gen mã hóa enzyme
c phiên mã, d ch mã và sau d ch mã
u hòa s
ng h p
enzyme
và ho t tính
enzyme
Bi i sau
ch mã b ng c
ch bi n c u
(bi i l p th )
u hòa phiên mã prokaryote:
ki m soát âm (negative control)
- Liên quan n repressor và operator
- Khi repressor g n vào operator → không t o mRNA
- Repressor u hòa sau d ch mã: tr ng thái có ho t tính và
không có ho t tính:
+ Repressor c ho t hóa b i Effector và g n vào operator: s bi u
hi n c a trp operon b c ch (repression) b i tryptophane
+ Repressor b t ho t không g n vào operator: s bi u hi n c a lac
operon cc ng (induction) b ng lactose
Xúc tác s th y phân lactose b i β-
galactosidase
Ki m soát âm s bi u
hi n c a operon lactose
Ki m soát âm s bi u
hi n c a operon tryptophane
u hòa phiên mã:
ki m soát d ng (positive control)
- Liên quan n activator và activator-binding site (ho c enhancer)
- Activator g n vào enhancer → ng c ng t o mRNA
- Activator u hòa sau d ch mã: tr ng thái có ho t tính và
không có ho t tính
- Activator c ho t hóa b ng effector (cAMP) n vào
activator-binding site: tr ng h p lac operon, mal operon
u hòa
ki m soát
ng
lac operon
u hòa
ki m soát
ng
mal operon
Vai trò
a
activator
trong
ki m
sóat
ng
ng tác gi a protein và nucleic acid

- ng tác không chuyên bi t: histone-DNA
- ng tác chuyên bi t: protein là dimer, m i monomer g n vào m t
trình t xác nh trên m t s i DNA
- m c a trình t n protein: pl o ng c (trên m t
ch)
ng tác
gi a protein
và nucleic
acid
m c u trúc c a
DNA binding protein

- C u trúc b c 2 (xo n α-helix), ph nh c u hình
và ph n ch a trình t nh n di n (n i g n)
- Xo n-g p-xo n (helix-turn-helix motif)
- Ngón tay g n k m (zinc finger)
- Dây kéo leucine (leucine zipper)
ts u trúc
DNA binding protein
u hòa phiên mã eukaryote

- Ph ng th u hòa ph c t p h n
- Promoter bao g m: TATA box và UPE (upstream element)
- H u h t các gen u hòa b ng th i nhi u trình t u hòa
u hòa theo c ch ki m soát d ng b i activator và các Enhancer
m cách xa v phía th ng l u ho c h u c a promoter
u hòa theo c ch ki m soát âm b i repressor và trình t u hòa
(repressor-binding site)
Promoter prokaryote và eukaryote
Enhancer và ki m sóat d ng eukaryote
u hòa s bi u hi n c a gen trong quá
trình bi t hóa và phát tri n

- Các t bào khác nhau th a bào u có l ng DNA nh
nhau và có kh ng b t c p b sung v i nhau
- Các t bào bi t hóa khác nhau có hàm l ng, ch ng lo i mRNA
và protein khác nhau
- Các gen c bi u hi n theo ch ng trình th i gian
- Phiên mã là c ch ch uc as u hòa bi u hi n c a gen
trong bi t hóa và phát tri n
thay i ch phình trên
NST kh ng l ru i gi m
DI TRUY N H C C A VIRUS,
VI KHU N VÀ K THU T DI TRUY N

- Sinh h c c a virus - Enzyme c t gi i h n
- Bacteriophage - Các ph ng pháp thu nh n gen
- Virus th c v t - Các vect chuy n gen
- Virus ng v t
- T o DNA tái t p
- Bi n n p
- T o dòng phân t
-T in p
ng d ng KT di truy n
- Giao n p (ti p h p)
m c a virút
- Y u t di truy n không t bào g m nucleic acid bao b c b i v
protein
- Kích th c nh 0,02 – 0,03µm (nh n ribosome)
- Ch nhân b n trong t bào ch (host cell), có tính chuyên bi t ký ch
(t bào ch )
- Hai d ng t n t i:
+ Bên ngoài t bào ch : c u trúc , không ho ng, virion
hay virus particle
+ Bên trong t bào ch :
* D ng nucleic acid: ác tính (nhân b n), ti m tan
*D ng c u trúc : s n ph m c a quá trình nhân b n, thoát ra
kh i t bào ch
Phân lo i virút
- Theo ký ch :
+ Virus vi khu n: th c khu n th (bacteriophage, phage)
+ Virus th c v t
+ Virus ng v t
- Phân lo i theo v t li u di truy n và ph ng th c nhân b n
+ DNA virus: ssDNA (m ch n), dsDNA (m ch kép)
+ RNA virus: ssRNA, dsRNA
+ RNA-DNA virus: ssRNA (m ch n), dsDNA (m ch kép)
m nhân b n virút trong t bào ch
- S nhân b n, sinh s n (reproduction) c a virus: t 01 virion ban u
nhân b n lên thành nhi u virion trong t bào ch
- Các b c trong s xâm nhi m và nhân b n c a virút trong t bào ch
+ Nh n di n, bám dính (attachment)
+ Xâm nh p (penetration)
+ Bi u hi n c a gen s m (early gene expression)
+ Sao mã (replication)
+ Bi u hi n gen mu n t o các protein v (late gene expression)
+ L p v capsid (assembly) và n p b gen (packaging)
+ Phóng thích virút kh i t bào
-H nhân (burst size): s ng ph n t virút c phóng thích t 1
bào
- Th i gian c a m t chu k nhân b n: 20-60 phút (phage), 8-40 gi (virút
ng v t)
Vai trò c a virút h c

- Giúp nghiên c u di truy n h c và hóa sinh h c bi n d ng bào
- Hi u s ti n tri n b nh gây ra b i virus, ph ng pháp phòng ch ng
- T o các công c u hi u trong nghiên c u di truy n vi sinh v t và
thu t di truy n
- Nghiên c u bacteriophage: mô hình nghiên c u sinh h c phân t
và s sinh s n c a virus
- Nghiên c u virus th c v t: ý ngh a quan tr ng v nông nghi p, b o
th c v t
- Nghiên c u virus ng v t (côn trùng, ng v t máu nóng): ý ngh a
quan tr ng v y h c
u t o virion
- gen nh , d ng vòng hay th ng ch a vài gen n vài tr m gen
+ DNA m ch kép, DNA m ch n
+ RNA m ch kép ho c RNA m ch n
+ Tr ng h p m ch n (ss): có th là m ch mang mã (+)
hay m ch i mã (-)
+ M t s virút có b gen c phân n thành vài phân t
- V protein (capsid): c u t o b i các protein n v (capsomer) t o
hình chu i xo n ho c v 20 m t
- Nucleocapsid: ph c h p capsid và b gen
- M t s virút có c u trúc uôi ho inh giúp xâm nhi m t bào
ch
- Virút ng v t còn có màng bao có ngu n g c t bào ch
u trúc virion
Virút vi khu n
(bacteriophage)
Phage ác tính và phage ôn hòa

- Phage ác tính (lytic bacteriophage): sau khi vào bên trong t bào ch
th c hi n ngay chu trình tan (lytic cycle): bi u hi n gen, nhân b n và
làm tan t bào ch
- Phage ôn hòa (temperate bacteriophage): sau khi vào bên trong t bào
ch có th th c hi n m t trong hai chu trình:
+ Chu trình ti m tan (lysogenic cycle): b gen virus g n vào bên trong
gen t bào ch
+ Chu trình tan (lytic cycle)
Chu trình tan (lytic cycle)

- Nh n di n, bám dính (atatchment)
- Xâm nh p (penetration)
- Bi u hi n c a gen s m
- Sao mã
- Bi u hi n gen mu n
- L p v capsid (assembly) và n p b gen (packaging)
- Phóng thích virút kh i t bào
Các b c trong chu trình tan (lytic cycle)
a phage T4
Xâm nhi m và nhân b n c a phage ôn hòa λ
trong E. coli
- Hai chu trình nhân b n trong t bào
- Chu trình tan, ác tính (lytic, virulent):
+ Ki m soát b máy sinh t ng h p c a t bào ch , ng n c n s sinh
ng h p protein c a t bào
+ Sao chép b gen c a virút b ng c ch cu n vòng
+ T ng h p protein v
+ L p ghép thành nh ng ph n t virút m i
+ Phóng thích ra kh i t bào.
- Chu trình ti m tan (lysogenic):
+ Sát nh p b gen virút vào b gen c a t bào ch
+ Sao chép ng th i v i b gen c a t bào ch
+ Ho t hóa s th hi n c a các gen kh i mào chu trình tan
+ Chuy n qua chu trình tan
Chu trình ti m
tan và chu trình
tan c a phage
ôn hòa λ
Sát nh p và
tách λ kh i
DNA t bào E.
coli

Sao chép theo c
ch cu n vòng
Tái t phage

- Hi n t ng tái t p gen phage: ki u hình v t tan và biên
bào ch
+ ng kính v t tan (plaque)
r: v t tan to
r+: v t tan bình th ng
+ Biên bào ch :
h: E. coli B và E. coli B2
h+: E. coli B
- Lai: T2 h+ r X T2 hr +
- K t qu : T2 h+ r , T2 hr + , T2 h r , T2 h+ r +
Nuôi c y và phát hi n
phage trong E. coli
m ki u hình c a
phage trong E. coli
ch tái t phage
Virút th c v t
a s có b gen RNA
- Capsomer d ng hình xo n, viron th ng hình que
- Viroid:
+ Virút th c v t không có capsomer, ch có RNA tr n
+ Kích th c b gen r t nh (vài tr m nucleotide)
+ Gây b nh cây: c n tr trao i ch t, c ch cây t ng tr ng
- Virút th c v t ít c nghiên c u, m t s ng d ng trong
thu t gen th c v t
m virút ng v t
- Khác bi t gi a virút ng v t và phage:
+ V trí và ph ng th c sao mã, d ch mã trong t bào
+ t s virút, ngoài v capsid còn có màng bao (envelope) có
ngu n g c t màng t bào ch
+ Protein hi n di n trên màng bao (spike) c mã hóa t gen
a virút
+ Virút ng v t xâm nhi m vào t bào b ng ph ng pháp m
bào cùng v i v capsid
+ Virion virút ng v t: d ng virút nguyên v n ngoài t bào có
màng bao
+ Nucleocapsid: d ng virút trong t bào, không có màng bao
Các b c xâm nh p c a virút ng
t vào t bào ch
Phân lo i virút ng v t
- M t s tiêu chí phân l ai:
+ Có ho c không màng bao
+ B gen: ssDNA, dsDNA, partial dsDNA, ssRNA, dsRNA,
+ mv u trúc
+ m v sao mã, phiên mã
Virút ng v t d ng ssRNA(-)

- M t s virút quan
tr ng:
+ Rhabdovirus: rabies
virus gây b nh d i,
vesicular stomatitis gây
viêm mi ng
+ Orthomyxovirus:
influenza virus gây cúm
+ Paramyxovirus: gây
nh s i, quai b
+ Ebola virus
m nhân b n c a Paramyxovirus

- Gây b nh s i và quai b
m nhân b n và sao
mã:
+ ssRNA- làm khuôn o
thành các mRNA (ssRNA+
ng n), c d ch mã thành
protein c a virút
+ ssRNA- làm khuôn o
thành ssRNA+ b sung c a
gen, sau ó t o thành các
gen ssRNA-
Retrovirus
- B gen RNA nh ng t o b n
sao qua trung gian DNA
nh reverse transcriptase
(RTase)
- Có màng bao, virion ch a
nhi u protein trong ó có 3
enzyme là RTase, integrase
và protease
- B gen hai m ch n
ssRNA (+)
Các hi n t ng di truy vi khu n

- Bi n n p (transformation)
- T i n p (induction)
- Giao n p, ti p h p (conjugation)
- Chuy n v gen (transposition)
Bi n n p (transformation) và
i n p (transduction) vi khu n
Ti p h p: chuy n plasmid




Ti p h p: chuy n DNA
gen
Bi n n p (transformation)
- Quá trình ti p nh n DNA tr n vào t bào ch
- T bào ch :
+ Có kh ng nh n DNA tr n: kh p (competent)
+ Không có kh ng nh n DNA tr n: không kh p (incompetent)
- Tính kh p (competence): có th c t ng c ng b ng x lý hóa
c, v t lý
- C ch bi n n p:
+ DNA g n lên DNA-binding protein trên vách t bào
+ Nuclease th y phân m t m ch DNA, cho phép m ch n còn l i i
vào trong t bào
+ M ch DNA cb ov i m t s protein chuyên bi t
+ M ch DNA tái t p vào b gen b i RecA protein
+ T bào có ki u gen m c t o thành khi t bào phân chia
ch bi n n vi khu n
i n p (transduction)
- DNA c a t bào cho c chuy n qua t bào nh n b i virút
- T i n p chuyên bi t (specialized transduction): t i n p trên m t s
gen nh nh c a vi khu n cho (virút mang theo gen c a vi khu n
khi b t m t cách chính xác ra kh i b gen t bào ch )
- T i n p chung (generalized transduction): t i n p m t gen b t k
vi khu n cho sang t bào nh n (DNA c a t bào b phân n và l p
ng u nhiên vào v virút m i)
- Bi i b i phage (phage conversion): s thay i ki u hình vi
khu n do s th hi n c a gen virút ti m tan
Thí nghi m
ch ng minh
hi n t ng t i n p
ch in p
Plasmid
- Phân t DNA vòng, kích th c nh có th sao chép c l p trong t
bào ch
- C u trúc c a plasmid:
+ Mang trình t ORI (origin of replication, Ori) ki m soát sao
chép và s ng b n sao c a plasmid trong t bào
+ Gen u khi n s chuy n DNA trong giao n p (m t s )
+ Các gen khác: kháng kháng sinh, t o ra ct …
- Plasmid R: plasmid kháng thu c
+ Mang m t s transposon m i lo i cho tính kháng iv im t
lo i kháng sinh nh nh
+ Kháng ng th n 5 lo i kháng sinh khác nhau
+ Phát tán tính kháng thu c nhanh trong qu n th thông qua quá
trình giao n p
Plasmid pBR322
giao n p (ti p h p, conjugation)
- Plasmid xúc ti n s giao
p:
+ T ng h p khu n mao
pili giúp hai t bào ti p xúc
+ T o c u giao n p
(conjugative bridge) truy n
DNA
+ Plasmid sao chép b ng
ch sao chép cu n vòng
(rolling circle replication)
và chuy n m t b n sao cho
bào nh n
+ T bào nh n sao chép
có plasmid vòng m ch kép
giao n p và chuy n nhân t F E. coli
Gen chuy n v (transposon)
- Trình t sát nh p (insertion sequence IS)
- Gen chuy n v hay gen nh y (transposon Tn): IS + các gen khác
- T n s chuy n v a Tn và IS th p (kho ng 10-5 – 10-4)
- Hai u ch a các trình t p l i (repeated sequence)
- Bên trong mã hóa transposase: nh n di n, c t và n i DNA
- Chuy n v : gen chuy n v khi g n vào v trí m c tiêu s nhân ôi trình t
trí m c tiêu này; hai trình t trí m c tiêu s m hai bên gen
chuy n v




u trúc
gen và c
ch chuy n v
Chuy n v ot n
(conservative) và
chuy n v sao chép
(replicative)

- Chuy n v o t n: không t ng
ng b n sao c a gen
chuy n v
- Chuy n v sao chép: gen chuy n
c nhân ôi
Các ph ng pháp thu nh n DNA và gen
- Tách chi t DNA, RNA t bào, mô
- T o dòng (cloning):
+ Dòng hóa gen qua ngân hàng DNA b gen (prokaryote)
+ Dòng hóa gen qua ngân hàng cDNA (eukaryote)
- T ng h p hóa h c
- T ng h p gen in vitro b ng PCR (polymerase chain reaction)
ng h p hóa h c
oligonucleotide
Ngày nay, v t k thu t có th
ng h p hóa h c nh ng n
DNA ng n (30 – 35 base). Qui trình
n hình ng h p các n
DNA này là g n nucleotide u tiên
lên m t giá th n có l , sau ó
tu n t n vào các nucleotide ti p
theo. M ch DNA s c kéo dài ra
kh i các l . Các n DNA t ng
p này c dùng cho nghiên c u
và trong công ngh di truy n.
Khu ch i b n sao DNA b ng k thu t PCR
- PCR (polymerase chain reaction): ph ng chu i t ng h p DNA
ng polymerase
- Khu ch is ng b n sao n DNA lên 106 l n
- C p m i (19-30 nucleotide) c t ng h p d a vào trình t
nucleotide hai u c n DNA c n khu ch i
- Khuôn t ng h p: n DNA c n khu ch i ho c DNA ch n
n khu ch i này
- M i chu k :
+ Bi n tính t o m ch DNA m ch n
+ B t c p m i-khuôn
+ T ng h p (kéo dài) b ng Taq DNA polymerase ch u nhi t
+ L p l i nhi u chu k (25 – 30 chu k )
Nhân b n sao DNA
ng PCR
Phân tích DNA
- Phân n DNA theo kích th c b ng n di trên gel agarose
(agarose gel electrophoresis, )
- Phát hi n DNA b ng ph m nhu m hu nh quang ethidium bromide
èn UV
- Phân tích
DNA b ng
p thu
ánh sáng
i
260nm
- Gi i trình
n di trên gel agarose và
xem v ch DNA
n di trên gel
agarose và xem v ch
DNA
Gi i trình t DNA
- Dùng ph ng pháp Sanger
i dideoxyribonucleotide
(ddNTP) ánh d u
- Trình t DNA c
a trên t ng h p các s i
sung b ng DNA
polymerase b gián n
i m t ddNTP nh nh
ánh d u
- Tách các n DNA b ng
n di
c trình t
Nguyên t c gi i
trình t DNA
theo pp Sanger
ng
ddNTP
Enzyme c t gi i h n
- Có trình t nh n bi i ng u (palindrome): trình t 5’-3’ c a hai
ng nh t
- C t t i trình t nh n bi t t u dính hay u b ng
- Là công c giúp ch ng l p ghép gen t i m t trình t nh nh
trên DNA
Th mang gen: vector

- Vector: phân t DNA kích th c nh dùng mang gen, sao
chép, thao tác trên gen
- Vector t o dòng và vector bi u hi n
- Vector t o dòng: chuy n và l u tr gen tái t p trong t bào
ch , nhân b n, thao tác, phân tích sau ó trên DNA tái t ps
dàng h n
- Vector bi u hi n: t o s n ph m c a gen tái t c phiên
mã, d ch mã, phân tích trình t u hòa s bi u hi n c a gen
Vector t o dòng là plasmid
c chuy n vào t bào b ng s bi n n p
- T sao chép c l p v i b gen t bào ch
-M ts tr ng thái a b n sao làm t ng s ng DNA tái t p
trong t bào
- Mang các d u hi u
di truy n ch n l c
(selective genetic
marker)
- Ch a polycloning
site
- C u trúc cho phép
t bi n b t
ho t chèn dùng
cho m ích ch n
c
bào ch
- E. coli:
+ T bào ch ph bi n nh t
+ Vi sinh v t gây b nh c i
+ Không ti t enzyme
- Bacillus subtilis:
+ Không gây b nh, không t o n c t , ti t protein
+ Pasmid không nh trong t bào ch
- Saccharomyces cerevisiae:
+ T bào eukaryote c nghiên c u di truy n k nh t
+S ng bi u hi n gen eukaryote
- Virút ng v t (SV40, retrovirus…):
+ Dùng dòng hóa gen vào t bào h u nh , c ch ti m tan
Thao tác tái t p gen b ng k thu t di truy n
- C t DNA b ng enzyme c t gi i
n nh nh
- N i các n c t b ng ligase
- G n DNA tái t p vào vect
c c t b i enzyme thích
p) b ng ligase
- L u tr và nhân b n vect và
DNA tái t p trong t bào
ch
- Tách chi t vect bào ch
và thu nh n DNA tái t p
khi c n thi t
o dòng phân t (molecular cloning)

- T o dòng phân t dùng k thu t di
truy n phân l p và làm thu n m t
gen:
+ Tách và phân n DNA ngu n
+ G n các n DNA b t vào
vector dòng hóa
+ Bi n n p và gi DNA tái t p
trong t bào ch : ngân hàng DNA
(DNA library, DNA bank)
+ Phát hi n và làm thu n dòng
c tiêu
+ Nuôi c y dòng m c tiêu ly
trích và nghiên c u DNA tái t
p
Tuy n ch n dòng m c tiêu
- Gen c bi u hi n trong t bào ch là vi
khu n:
+ Lai mi n d ch (Western blotting,
Immunoblotting)
+ Ho t tính enzyme
+ B tr t bi n (gen ngo i lai ng
ng v i gen c a t bào ch )
- Gen ngo i lai không bi u hi n trong t
bào ch :
+ Lai in situ:
+ Lai khu n l c (colony hybridization):
vector là plasmid
+ Lai plaque (plaque colonization):
vector là phage
ng d ng th c ti n c a k thu t di truy n

- S n xu t nh ng s n ph m trao i ch t c a vi sinh v t
- S n xu t v cxin phòng ch ng virus
- S n xu t protein c ng v t h u nh
- T o ra các th c v t, ng v t chuy n gen
- Phân l p và ng d ng ngu n gen vi sinh trong x lý môi
tr ng
- T o các thu u hòa s th hi n c a gen
- Li u pháp gen ch a tr các b nh di truy n
n xu t protein h u nh tái t p b ng VSV
- V cxin tái t p
- Insulin
- V cxin DNA
- Cytokine...
ng d ng trong cây tr ng
- Vector t o dòng bào th c v t
ng d ng trong công ngh sinh h c th c v t
ng d ng trên v t nuôi và y h c


ng v t chuy n gen

- Di truy n h c ng i
Các nguyên t c c n b n c a
thu t di truy n (1)
- Hóa h c DNA: qui trình ly trích, gi i trình t , t ng h p DNA
- Enzyme h c DNA: enzyme c t gi i h n, ligase, DNA
polymerase
- Sao chép DNA: c ch sao chép DNA, sao chép c l p c a
các vector
- Plasmid và giao n p: plasmid, c ch sao chép, chuy n gen
ng plasmid
- Phage ôn hòa: ch sao chép, sát nh p c a phage ôn hòa,
ch in p
- Bi n n p: các ph ng pháp chuy n DNA tr n vào t bào
- Hóa h c và enzyme h c RNA: ph ng pháp thao tác v i
mRNA, c u trúc, c ch ch bi n mRNA
Các nguyên t c c n b n c a
thu t di truy n (2)
- Sao chép ng c: RTase, t ng h p DNA t mRNA
- Phiên mã: các nhân t tham gia u hòa s phiên mã,
promoter và c ch u hòa operon
- ch mã: các b c d ch mã, s n ribosome lên mRNA,
vai trò c a mã kh u và ý ngh a c a khung úng
- Hóa h c protein: các ph ng pháp ly trích, tinh ch , th
ho t tính và gi i trình t amino acid
- ti t protein và bi i sau d ch mã: ch ti t protein,
các bi i sau d ch mã
- mã di truy n: mã di truy n, tính toàn n ng, mã ngo i l
a
thu t di
truy n
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản