C S PHÂN T C A S DI TRUY N

Ử Ủ Ự

Ơ Ở

M C TIÊU H C T P

Ọ Ậ

 Hi u và trình bày đ c : ể ượ

1. C u trúc c a phân t ADN ủ ấ ử

2. C u trúc c a phân t ARN ủ ấ ử

3. C u trúc c a phân t Protein ủ ấ ử

ADN (Acid Deoxyribonucleic)

ADN

các ph ươ ệ

ử ụ ể ậ ọ

c các thí nghi m khoa h c ch ng ứ

ọ minh r ng ADN là v t ch t di truy n. ệ ấ ậ

M c tiêu 1. Mô t ng pháp và thí nghi m đã ả c các nhà khoa h c s d ng đ tìm ra v t đ ượ ch t di truy n. ấ 2. Nêu đ ượ ằ quá trình khám phá ra c u trúc xo n 3. Mô t ề ấ ắ

4. Mô t c u trúc ADN và nucleotides. ả kép ADN. ả ấ

L ch s khoa h c

ử ị – T.H. Morgan (1908) • Gen n m trên NST ằ – Frederick Griffith (1928)

• Nhân t

ph c u khu n

ố ế

ạ ở

ế ầ

bi n n p – Avery, McCarty & MacLeod (1944)

• Nhân t

ố ế

bi n n p là DNA ạ

• Qui lu t Chargaff : A = T, C = G

– Erwin Chargaff (1947) ậ

• Xác nh n ADN là v t ch t di truy n

– Hershey & Chase (1952) ậ ậ – Watson & Crick (1953)

c u trúc xo n kép c a DNA

• Xác đ nhị

L ch s c a DNA ử ủ

Friedrich Miescher, 1871

- Bác sĩ ng iườ Th y S , nhà sinh hóa ụ ỹ

- Phân l p nhân tb b ch c u t m v t th ầ ừ ủ ế ậ ạ nươ g

- Tìm ra m t ch t v i nhi u nito và phospho ấ ớ ề ộ

nuclein - Ông đ tặ tên ch t là ấ

- Sau đó, nuclein đ cượ g i là acid nucleic ọ

L ch s c a DNA ử ủ

Frederick Griffiths, 1928

- Nhà vi trùng h c ng

iườ Anh

- Nghiên c u ph c u khu n

ế ầ

ẩ Streptococcus pneumonia,

v i 2 ch ng ớ

- Ch ng S (Smooth) = có v bao

- Ch ng R (Rough) = không có v bao

- V bao liên k t v i tính gây

ế ớ

độc c a vi khu n

Khám phá s bi n n p c a vi khu n

ự ế

Ch ngủ

R s ngố

S s ngố

S ch t vì nhi ế

t ệ

R s ng + S ch t ế

Tiêm

K t quế

Chu t ch t ế ộ

Chu t kh e m nh ỏ

Chu t kh e m nh ỏ

Chu t ch t ế ộ

Ch ng S s ng trong ố ủ máu chu t ch t ế ộ

L ch s

ử c a DNA

Avery, MacLeod, and McCarty, 1944

- Các bác sĩ ng i ườ M ỹ

- X lý ph c u khu n ch ng S b ng Protease ế ầ ủ ử ằ ẩ

và Dnase

- Ch có Dnase ng ăn c n hi n t ỉ ệ ả nượ g bi n n p ế ạ

- Như v y, DNA là nhân t ậ ố ế bi n n p có th ể ạ

chuy n ch ng R thành S ủ ể

Nhân t

bi n n p

ố ế

Figure 9.1

Figure 9.2

L ch s ADN ử

Alfred Hershey and Martha Chase, 1953

- Hai nhà vi trùng h c ng

iườ Mỹ

- Đ i tố

nượ g nghiên c u: Bacteriophage T2

- Virus có đ u protein và lõi ADN

ử ụ

ạ 35S and 32P đ đánh d u

- S d ng đ ng v phóng x ng ng. ứ

ị protein và DNA t ươ

- Thí nghi m cho th y r ng virus chuy n DNA, không

chuy n protein vào t

bào vi khu n.

ấ ằ ế

 Kh ng đ nh ADN là v t ch t di truy n

QUIZ

1. Griffith’s experiment with pneumonia

bacteria in mice showed that harmless  bacteria could turn virulent when mixed with  h­k bacteria that cause disease. True or  False?

2. Avery’s experiments clearly demonstrated  that the genetic material is composed of  DNA.  True or False?

They confirmed that DNA was hereditary material in viruses

3. The experiments of Hershey and Chase  cast doubt on whether DNA was the  hereditary material. True or False?

Khám phá c u trúc ADN ấ

Phoebus Levine

i Nga-M ườ

ỹ ng ribose 5-carbon năm 1909 và

ủ ộ

- Nhà sinh hóa ng - Tìm ra đ ườ deoxyribose năm 1929 - Phát hi n 3 thành ph n c a m t nucleotide ầ có t l b ng nhau

ệ ỉ ệ ằ - Sugar - Phosphate - Base

Khám phá c u trúc ADN ấ

Erwin Chargaff, 1951

- Nhà sinh hóa ng i Áo-M ườ ỹ

- Phân tích thành ph n base c a ADN t ủ ầ ừ

nhi u loài khác nhau và quan sát th y t l ấ ỉ ệ ề

- Adenine + Guanine = Thymine + Cytosine

th ườ ng xu t hi n: ấ ệ

- A = T và C = G

Khám phá c u trúc ADN ấ

Rosalind Franklin and Maurice Wilkins, 1952

- Các nhà khoa h c Anh, s d ng kt tán x tia X ử ụ ạ ọ

- Franklin m t 100 hours đ thu đ c “b c hình: ể ấ ượ ứ

d ng B c a ADN ủ ạ

- Franklin l p lu n r ng ADN là m t c u trúc ậ ậ ằ ấ ộ

xo n v i các đ n v đ c t ch c đ i x ng ị ượ ổ ắ ơ ớ ố ứ ứ

Khám phá c u trúc ADN ấ

Khám phá c u trúc ADN ấ

James Watson and Francis Crick

- Không th c hi n b t kỳ thí nghi m nào ấ ự ệ ệ

- Đúng h n, h s d ng ọ ử ụ ơ

các nghiên c u k t qu t ế ả ừ ứ

tr c đó và suy ra t vi c ướ ừ ệ

xây d ng mô hình c u ự ấ

trúc ADN

Quá trình d n đ n chu i xo n kép ế

ADN (Acid deoxyribonucleic)

C U TRÚC • B c 1ậ • B c 2ậ • B c 3 ậ

Ể Ặ

trong ADN Đ C ĐI M • Tính ch tấ • Phân lo i trình t ạ ự

C U TRÚC PHÂN T ADN

B c 1: Là trình t nucleotide trên phân t ADN ậ ự ử

M i nucleotide g m: ồ ỗ

- 1 phân t ng deoxyribose đ ử ườ

- 1 nhóm phosphate - 1 base nitric; m t trong 4 lo i ạ ộ

- Adenine (A), Guanine (G) = Purines - Cytosine (C), Thymine (T) = Pyrimidines

Nucleotide ADN Nucleotide ADN

Nhóm Phosphate Nhóm Phosphate

O

5 CH2

O

O=P- O O

C1

C4

N Base nitric Base nitric (A, G, C, or T) (A, G, C, or T)

Đ ngườĐ ngườ (deoxyribose) (deoxyribose)

21

C3

C2

Nitrogenous Bases Nitrogenous Bases

• PURINES PURINES Adenine (A) 1. Adenine (A)

Guanine (G) 2. Guanine (G)

A or G

• PYRIMIDINES PYRIMIDINES Thymine (T) 3. Thymine (T)

T or C

Cytosine (C) 4. Cytosine (C)

.

Nucleosides (ADN) – Ti n thân c a Nucleotides ề ủ

Nucleoside = base + đ ngườ

O

NH2

O

NH2

CH3

N

N

H N

N

NH

N

N

N

O

N

O

N

N

N

H2N

O

O

O

O

HOCH2

HOCH2

HOCH2

HOCH2

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

OH

H

OH

H

OH

H

OH

H

2-deoxy-ADENOSINE

2-deoxy-GUANOSINE

2-deoxy-THYMIDINE

2-deoxy-CYTIDINE

ườ

Đ ng = deoxyribose; 5 carbons, không có nhóm OH cacbon s 2 (C2’); base nitric g n v i cacbon s 1

.

Nuc le o tid e  ADN Nuc le o tid e  ADN

NH2

O

N

N

N

2'-deoxyadenosine 5' triphosphate

NH

2'-deoxyguanosine 5' triphosphate

N

N

N

O

O

O

N

H2N

O

O

O

P

P

O

O

O

P

- O

O

CH2 5'

O

O

O

- O

P

P

P

O

CH2 5'

H

H

1'

O -

O -

O -

H

H

1'

O -

O -

O -

4'

4' H

H

H

H

3' OH

2' H

2'

3' OH

H

NH2

O

N

CH3

H N

2'-deoxycytidine 5' triphosphate

thymidine 5' triphosphate

N

O

N

O

O

O

O

O

O

O

O

O

O

- O

P

P

P

O

CH2 5'

O

O

P

P

P

O

- O

O

CH2 5'

H

H

1'

O -

O -

O -

4'

H

H

1'

O -

O -

O -

H

H

2'

4' H

H

2'

3' OH

H

3' OH

H

Qui lu t Chargaff Qui lu t Chargaff

ậ ậ

• Adenine

Thymine ph i b t c p v i Adenine ph i b t c p v i ớ Thymine ả ắ ặ ớ ả ắ ặ

Guanine ph i b t c p v i

ả ắ ặ

• Guanine

Cytosine ớ Cytosine

C pặ S ố

Pyrimidines Base Liên k t ế H A = T

2

Purines Thymine (T) Adenine (A) Thymine (T) Adenine (A)

C G

3

Cytosine (C) Guanine (G) Cytosine (C) Guanine (G)

H-bonds

G

C

T

A

2. C u trúc b c 2

ắ ườ ặ

Xo n ph i ho c trái ả Đ ng kính chu i pt C p base/vòng xo n ắ Rãnh l nớ Rãnh nhỏ

2. C u trúc b c 2

1. Xo n ph i ả ắ 2. 10 c p base / vòng xo n 3. 34 A0 / vòng xo nắ 4. Có

1 rãnh l n ớ 1 rãnh nhỏ

D ng B

A

B

Z

Vòng xo nắ

Đ nghiên Base ộ Xo n ph i ả ắ

DNA

Hình d ng xo n kép nh m t c u thang xo n c

ư ộ ầ

ắ ố

3. C u trúc b c 3

ADN d ng vòng ạ

ử virus, vi khu n Ph n l n là phân t ầ ớ Hay g p ặ ở ẩ

Đ C ĐI M PHÂN T ADN Ử Ặ Ể

Tính ch tấ ADN coù 2 khaû naêng: Bieán tính Hoài tính

Hoài tính

Bieán tính

Bi n tính

ế

• Là s tách r i 2 m ch đ n do các liên k t ự ế ạ ờ ơ

ữ • Các nhân t nh h H gi a các base b c t đ t. ố ả ị ắ ứ ng ưở

ADN ề

ủ ạ ầ

- pH - N ng đ mu i ố ộ ồ - Chi u dài phân t ử - Thành ph n nucleotide lo i G-C c a m uẫ

H i tính

•Laø söï baét caëp trôû laïi cuûa 2

nh h

ng

ưở

ố ả

sôïi ñôn. • Các nhân t –Nhi t đệ ộ –N ng đ mu i ố ộ ồ –N ng đ DNA ộ ồ –Th i gian ờ

Các trình t

i trong ADN EUKARYOTE

l p l ự ặ ạ

ặ ạ

ệ ầ

i cao (trăm đ n tri u l n) l p l ế ự ặ ạ i ng u nhiên ho c tu n t ầ ự ẫ ệ

• Trình t – L p l – ADN v tinh ể

• Ti u v tinh (VNTR) ệ • Vi v tinh (STR) ệ l p l ự ặ ạ

– T p trung – Phân tán

i trung bình (10 – trăm l n) • Trình t ầ

• Trình t ự gen duy nh t ấ

Short Tandem Repeat (STR) Markers

An accordion-like DNA sequence that occurs between genes

TCCCAAGCTCTTCCTCTTCCCTAGATCAATACAGACAGAAGACA GGTGGATAGATAGATAGATAGATAGATAGATAGATAGATAGA TAGATAGATATCATTGAAAGACAAAACAGAGATGGATGATAGAT ACATGCTTACAGATGCACAC

= 12 GATA repeats (“12” is all that is reported)

7 repeats

The number of consecutive repeat units can vary between people

8 repeats 9 repeats

10 repeats

11 repeats 12 repeats

13 repeats

Target region (short tandem repeat)

The FBI has selected 13 core STR loci that must be run in all DNA tests in order to provide a common currency with DNA profiles

Locus A

C p NST t

ươ

ng đ ng ồ

Allele 1

Allele 2

4

5

Allele 2

Allele 1

3

C p NST t

ươ

ng đ ng ồ

6

Locus B

(A) Di truyeàn Mendel

Boá

Meï

A,B

C,D

B,C

con

(B) Ví duï

11,14

8,12

8,14

11,12

12,14

8,11

12,14

14

14

11

14

11

Con baét buoäc phaûi coù moät trong hai alen 11, 14 cuûa cha

Figure 23.2, J.M. Butler (2005) Forensic DNA Typing, 2nd Edition © 2005 Elsevier Academic Press

Thu maãu vaø baûo quaûn maãu Ly trích DNA Ñònh löôïng

Maãu queät NMM

Maãu toùc Thu vaø giöõ maãu

PCR ña moài

Ly trích DNA

Ñònh löôïng DNA

Ñieän di mao quaûn

Khueách ñaïi PCR ña moài

Keát quaû ñieän di mao quaûn

Phaân tích ñoaïn

Keát quaû quy trình phaân tích STR

Neáu moät söï truøng laép xaûy ra, so saùnh daáu vaân tay DNA vôùi taàn soá alen cuûa quaàn tính xaùc theå ñeå suaát truøng laép ngaãu nhieân trong quaàn theå laø bao nhieâu.

Daáu vaân tay DNA Phaân tích keát quaû taàn soá alen

Thôøi gian phaân tích thöôøng töø 1-2 ngaøy (nhanh nhaát laø 5 giôø)

Tìm kieám döõ lieäu DNA

Taïo cô sôû döõ lieäu cho quaàn theå nghieân

cöùu

QUI TRÌNH XEÙT NGHIEÄM HUYEÁT THOÁNG

1

2

3

4

Genetics in the news:  Impacting all parts of society

personal genetics education project

ARN (Acid Ribonucleic)

CAÁU TAÏO CHUNG

 Laø moät Polymere = n monomere

(ribonucleotid)

1 Ribonucleotide:

Ñöôøng Ribose

Goác phosphate

Base Nitric (A,G,U,C)

 Chæ coù moät maïch ñöôïc ñònh höôùng 5’-

>3’

1 soá virus coù ARN chuoãi keùp

S khác nhau gi a ADN và ARN ữ

RNA

ADN

Ribonucleic Acid • M ch đ n ơ ạ • Đ ng Ribose ườ • Uracil (A,C,U,G) • ARN polymerase • 3 lo iạ

Deoxyribonucleic Acid • M ch kép ạ • Đ ng Deoxyribose ườ • Thymine (A,C,T,G) • ADNpolymerase • 1 lo iạ

.

S khác nhau gi a ADN và ARN ữ

Molecular Differences between Ribonucleic Acid (RNA) & 2-deoxy-ribonucleic acid (DNA).

DNA

RNA

O

O

H

H

5 HOCH2

5 HOCH2

H

H

H

H

1

1

4

4

H

OH

H

OH

3 OH

2 OH

3 OH

2 H

RIBOSE

2-DEOXY-RIBOSE

O

O

CH3

H N

H N

O

O

N H

N H

URACIL

THYMINE

Ribose replaces deoxyribose; uracil replaces thymine

CAÁU TAÏO CHUNG

Nhieàu loaïi ARN trong TB coù theå uoán cong hay gaäp khuùc -> caáu truùc baäc 2, baäc 3

Nhöõng choã song song (do gaäp

khuùc laïi) caùc ribonucleotide ñoái dieän seõ lieân keát nhau baèng lieân keát hydro theo NTBS:

A = U G ” C

3 d ng ARN

ARN THOÂNG TIN (mARN)

 Coù caáu truùc ñôn giaûn  Maõ hoaù nhieàu chuoãi polypeptide

(polycistronic)

 Thôøi gian toàn taïi ngaén (khoaûng 2

phuùt)

 ÔÛ Prokaryote:

 Coù caáu truùc phöùc taïp  Maõ hoaù 1 chuoãi polypeptide

(monocistronic)

 Thôøi gian toàn taïi laâu (khoaûng 30

phuùt ñeán 24 giôø)

 ÔÛ Eukaryote:

Caáu truùc moät mRNA ~ một gen ôû Prokaryote

3’

5’

Vùng d ch mã ị

Vùng 3’ UTR

Vùng 5’ UTR

ng ch a m t v trí liên k t v i ribosom. ng ch a m t v trí liên k t v i ribosom.

 5’UTR g m 100 -1000 Nu, th 5’UTR g m 100 -1000 Nu, th

ồ ồ

ườ ườ

ế ớ ế ớ

ứ ứ

ộ ộ

ị ị

3’UTR quy đ nh tính b n v ng c a mARN và hi u su t d ch mã. quy đ nh tính b n v ng c a mARN và hi u su t d ch mã. ủ ủ

ấ ị ấ ị

ữ ữ

ề ề

ệ ệ

ị ị

 3’UTR

Vò trí gaén Rb

Vò trí gaén Rb

Vò trí gaén Rb

Maõ khôûi ñaàu AUG

Maõ khôûi ñaàu AUG

Maõ khôûi ñaàu AUG

5’

3’

Vuøng khoâng maõ  hoùa

UAA maõ keát thuùc

UAA maõ keát thuùc

UAA maõ keát thuùc

UTR

P1

P2

P3

Caáu truùc moät mRNA ôû Prokaryote

ARN thoâng tin ôû Eukaryote

 Vuøng 5’ gaén muû m7G(capping)  Vuøng maõ hoaù mang goàm exon và

intron

 Vuøng 3’ gắn coù ñuoâi poly A

Sau khi hình thaønh töø maïch khuoân cuûa gen, mARN seõ traûi qua 1 quaù trình caét xeùn (splicing) ñeå loaïi boû caùc ñoaïn intron, trôû thaønh mARN tröôûng thaønh.

ARN thoâng tin ôû Eukaryote

Các ch c năng c b n c a mũ

ơ ả ủ

m7G

– B o v đ u 5’ c a mARN kh i b phân h y b i ủ ở

ệ ầ

ỏ ị

exonuclease trong t

bào ch t.

ế

– Làm tín hi u cho Rb nh n bi

t đi m Ori c a pt

ế

mARN.

– Tăng c

ng kh năng d ch mã c a mARN.

ườ

– Góp ph n v n chuy n mARN ra kh i t

bào ch t.

ỏ ế

– Tăng hi u qu c t n i mARN.

ả ắ ố

Relationship between DNA and RNA

ARN VAÄN CHUYEÅN (tARN)

ạ ả ơ

• M ch đ n, kho ng 73-95 ribonucleotides. • Coù caáu truùc baäc 2, đoâi khi gaäp laïi

(baäc 3) ị

• Đ u 5’ b phosphoryl hóa và th • Đ u 3’ = CCA. Các a.a đ ng là pG c ho t hóa s g n ườ ạ ẽ ắ

ượ adenosine cu i cùng. v i đ u 3’OH ầ ầ ớ ầ

ố ở • Vòng anticodon g m 7 bases. ồ

tARN

tARN

ARN Ribosome (rARN)

 Coù trong Rb, ty theå, luïc laïp

 Coù theå coù caáu truùc baäc 1, baäc 2.

töø Eo II

 Ñöôïc toång hôïp töø gen rARN Chieám gaàn 0.3% boä gen rARN (28S; 18S; 5,8S) fi  rARN (5S) fi  (ôû ngöôøi fi

töø caùc gen raõi raùc treân caùc NST NST1)

 23S; 16S( vi khuẩn)

PROTEIN

C u t o ấ ạ

Protein:

 G m 1 ho c nhi u chu i polypeptides.

 Chu i polypeptides g m nhi u acid amin (a.a) ồ

Acid amin:

Nhóm amin (NH2)

Nhóm carboxyl (COOH)

(khác nhau

m i a.a)

G c Rố

ở ỗ

Các acid amin liên k t v i nhau hình thành ế ớ chu i polypeptide b ng liên k t peptide. ằ ỗ ế

ế

Liên k t peptide gi a nhóm carboxyl c a m t acid amin và m t nhóm amin c a a.a k c n = liên k t c ng hóa tr ị ế ộ ộ ế ậ ữ ộ ủ

4 bậc cấu trúc của phân tử protein

1. Bậc 1 = trình tự acid amin

Được xác định bởi mã di truyền của mARN.

1. Bậc 2 = dạng gấp nếp và xoắn vặn của chuỗi polypeptide

Ví dụ: a ­xoắn (cuộn) and gấp nếp b .

1. Bậc 3 = hình dạng không gian 3 chiều của một chuỗi

polypeptide.

Kết quả từ nhiều gốc R khác nhau.

1. Bậc 4 = sự kết hợp nhiều chuỗi polypeptides  một phân tử

protein nhiều tiểu đơn vị (ví dụ, hemoglobin).

4 b c c u trúc c a Protein

MÃ DI TRUY NỀ

ề ụ

ừ 3’) = mã b ba. ủ ộ ề

ệ ố ộ ậ ổ ộ

- Mã di truy n = c m 3 nu (5’ - T 4 nu (A, T, G và C), h th ng di truy n c a các sinh v t có t ng c ng 64 b ba khác nhau.

- Trong 64 mã b ba, có 3 mã k t thúc và 61 b ộ

c mã hóa b i nhi u h n m t ề ơ ộ

ng này đ c g i là tính thoái hóa ượ ọ

. ế ộ ba mã hóa cho 20 a.a ph bi n. ổ ế  m t s a.a đ ở ượ ộ ố mã b ba. ộ  Hi n t ệ ượ c a mã b ba ộ ủ

MÃ DI TRUY NỀ

- Các mã b ba đ c dùng đ mã hóa cho ộ ượ ể

mã b ba đ ng cùng m t a.a đ ộ ượ c g i là ọ ộ ồ

nghĩa.

- Nhìn chung, các mã đ ng nghĩa th ng có hai ồ ườ

nu đ u gi ng nhau, nu th ba ho c là C ho c ứ ầ ặ ặ ố

là U, ho c là A và G (thay th nhau). ế ặ

MÃ DI TRUY NỀ

• T t c các h th ng sinh h c đ u s ử

ệ ố

ấ ả

d ng mã di truy n là mã b ba và

dùng m t b ng mã chung.

ộ ả

tính

 Đ c đi m này đ ể

ượ

c g i là ọ

ph bi n c a mã di truy n

ổ ế ủ

ề .

MÃ DI TRUY NỀ

• Tính ph bi n c a mã di truy n đ ủ ề ế ổ ượ c bi u ể

hi n đ ng th i v i các đ c tính chung c a mã ờ ớ ủ ệ ặ ồ

b ba là: ộ – Các mã b ba (trên mARN) luôn đ ộ ượ c đ c ọ

theo chi u 5’

ề  3’ ắ ầ ộ

mã b t đ u (AUG), các mã b ba luôn c đ c liên t c không ng t quãng cho ắ ọ

UAA,UAG,UGA). – K t ể ừ đ ượ đ n khi g p mã k t thúc ( ế ụ ế ặ

Tài li u tham kh o

1. Lê Thúy Quyên; Slide bài gi ng Di truy n; ề ả

ĐHYD; 2009-2010.

2.Bruce Alberts; Molecular Biology of the Cell,

4th edition; New York: Garland Science; 2002; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21054/

3. Harvey Lodish; Molecular Cell Biology, 4th edition; New York: W. H. Freeman; 2000; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21475

Ca û m ô n ñ a õ la é n g n g h e