Đột biến Gen: Bài giảng Sinh học phân tử Nguyễn Thị Ngọc Yến

ĐỘT BIẾN GEN

GV: Nguyễn Thị Ngọc Yến

Trang web slide bài giảng bộ môn Vi – ký sinh: https://sites.google.com/site/bomonvikysinh/

Mục tiêu

 Đột biến là gì?  Phân loại đột biến  Nguyên nhân và hậu quả  Các yếu tố gây đột biến  Bệnh do đột biến ở người  Phương pháp chọn lọc đột biến

Khái niệm

thư, lão hóa

o Đột biến dòng mầm (xảy ra trong giao tử): có tính di

truyền, là gen lặn, cần 2 bản allen để biểu hiện

 Biến đổi di truyền (thay đổi trình tự nucleotid/ gen) xảy ra đột ngột  tạo ra protein đột biến ảnh hưởng sự tổng hợp sản phẩm gen o Đột biến sinh dưỡng: không di truyền, có thể gây ung

Tần số đột biến

chép, 1 lần phân bào, 1 giao tử, 1 tế bào

 Tần số đột biến được đánh giá căn cứ trên 1 lần sao

 Mỗi gen có tần suất ổn định, sự khác nhau về tỉ lệ đột

 Tần số đb từng gen thấp nhưng tổng đb ở người là con

biến là do: o Kích thước gen: lớn  dễ đột biến o Điểm nóng: gen nằm trên vùng NST nhạy cảm

số lớn, ý nghĩa trong tiến hóa: o Gen: 10-6/gen/thế hệ o Giao tử: 10-6.5.104 gen = 1/20 o Hợp tử: 1/20.2 = 1/10

Đột biến: lợi và hại

 Vùng mã hóa: thay đổi đặc tính protein  Vùng không mã hóa: thay đổi trình tự nu không gây

khác biệt tính trạng  đb tích tụ trong gen

 Kỹ thuật cảm ứng đột biến  Đột biến điểm định hướng

Phân loại

Thêm 1 cặp nu

ĐB lệch khung

Mất 1 cặp nu

ĐB điểm

Chuyển vị

Thay thế cặp nu

Đột biến

Đảo chuyển

ĐB đa điểm

Đột biến điểm

ĐB thay thế cặp nucleotid

Nguyên nhân

Hậu quả

Trong vùng mã hóa

PurinPurin

o Đb lặn (cùng nghĩa): mã hóa cùng aa  không ảnh hưởng

Chuyển vị

Pyrimidinpyrimidin

o Đb lệch nghĩa: mã hóa aa khác  ảnh hưởng ít/ nhiều

Purinpyrimidin

o Đb vô nghĩa: mã hóa codon kết thúc  dừng sớm/ cụt

Đảo chuyển

Pyrimidinpurin

Trong vùng không mã hóa: ảnh hưởng phiên mã, dịch mã, mức xoắn bện của ADN

Đb lùi (hồi biến)

ĐB thay thế cặp nucleotid

ĐB lặn

ĐB vô nghĩa

ĐB lệch nghĩa

Đột biến lệch nghĩa

ĐB lệch khung

Nguyên nhân

Hậu quả

Xảy ra/ vùng mã hóa

Thay đổi khung đọc từ vị trí đb về sau

Chèn 1 nu

Chứa stop codon  ngừng sớm

Mất 1 nu

Chèn + mất/ ADN

Thêm, bớt đồng thời  sửa khung đọc giữa 2 điểm đb

Bình thường

Mất nu

Thêm nu

Thay thế nu

ĐB đa điểm

Nguyên nhân

Hậu quả

Xảy ra/ vùng mã hóa

Sao chép các yếu tố lặp lại

Lệch khungthay đổi pro

Transposon

Ngưng phiên mã, dịch mã

Gen nhảy

Retrotransposon

ADNARNADN

 Tác động đến hơn 1 base gây xóa/ chèn  Không hồi biến (ổn định)

Nguyên nhân đột biến

- ĐB tự nhiên - ĐB cảm ứng (nhân tạo)

Đb tự nhiên

Nguyên nhân ĐB tự nhiên

xác định nguồn gốc, tỉ lệ đb thấp

 Xảy ra ngẫu nhiên với tần số nhất định 10-10, không

 Nguyên nhân: gắn sai base/sao chép  đb điểm  Khắc phục: ADN pol hoạt tính exonuclease 3’5’  Phân loại o Hỗ biến o Khử amin o Đb lệch khung o Oxy hóa phá hủy do các gốc oxy

ĐB tự nhiên: Hỗ biến

o Keto (C=O)  enol (C-OH): T bắt cặp G và ngược lại o Amino (NH2)  imino (=NH): C bắt cặp A và ngược lại

Các base có khả năng hoán chuyển giữa 2 dạng:

chuyển vị G-C  A-T

ĐB tự nhiên: Khử amin

o C  U: chỉnh lại bằng loại U (vì ADN không có U) o 5-methylcytosin  T: không chỉnh được. C tại các

trình tự CpG dễ bị methyl hóa  “điểm nóng” đb

 Phản ứng thủy phân

ĐB tự nhiên: Lệch khung

 Chèn/ mất trên 1 sợi  Nguyên nhân: lỗi của ADN pol khi sao chép các đoạn lặp lại của nucleotid. Tính chính xác của pol do hoạt tính exonuclease 3’5’

ĐB lệch khung: Oxy hóa

Gốc oxy trong tế bào (tia phóng xạ) bắt cặp sai với A, tạo đảo chuyển G-C  A-T

ĐB cảm ứng (nhân tạo)

ĐB cảm ứng

Tác nhân làm tăng tần số đb cao hơn tự nhiên là tác nhân gây đb: phóng xạ, tia X, tử ngoại…

 Tác nhân hóa học  Tác nhân bức xạ

ĐB cảm ứng: Tác nhân hóa học

 Base đồng đẳng  Tác nhân thay đổi đặc tính bắt cặp: chất khử amin và alkyl hóa  Tác nhân chèn vào ADN  Tác nhân thay đổi cấu trúc ADN

Base đồng đẳng

Cấu trúc ~ purin/pyrimidin  gắn vào ADN gây chuyển vị hay hỗ biến tự phát

o Dạng keto (BU) = T: bắt cặp A o Dạng enol (BU*) = C: bắt cặp G  Chuyển vị A-T thành G-C và ngược lại

 Aminopurin (AP) = A: bắt cặp T  chuyển vị A-T

 Bromouracil (BU):

thành G-C

Bromouracil

Chuyển vị A-TG-C

Keto (BU)=T

Enol (BU*)=C

*

Aminopurin

Chuyển vị A-TG-C

Chất khử amin

Base ngoại: Khởi động cơ chế sửa chữa

Tác nhân: acid nitrơ và hydroxylamin

Chất khử amin

là “điểm nóng” cho đb xảy ra (CpG site)

 Metylcytosin ảnh hưởng đến hoạt tính phiên mã, cũng

Thay đổi cấu trúc, đặc tính bắt cặp

Chất alkyl hóa: methyl/ethyl hóa base, nhất là guanin hay các nhân pyrimidin dễ bị alkyl hóa o Nitrosoguanidin (NTG) o Methyl methan sulfonat (MMS) o Ethyl methan sulfonat (EMS)

Thay đổi cấu trúc, đặc tính bắt cặp

sai với thymin

 Gắn (-CH3), (-C2H5) vào guanin = adenin  bắt cặp

 Liên kết chéo giữa các mạch của 1 hoặc các ADN làm

mất nucleotid

Thay đổi cấu trúc, đặc tính bắt cặp

khi sao chép làm đứt mạch

 Mất purin do guanin bị alkyl hóa tạo lỗ hổng trên ADN,

Tác nhân chèn vào ADN

 Gồm: proflavin, cam acridin, ethidium bromide  Phân tử đa vòng phẳng tương tác và chèn vào ADN

 Giãn sợi đôi ADN,

ADN polymerase

bị

“đánh lừa”, chèn base

vào chỗ trống,

làm

lệch khung ADN

Tác nhân thay đổi cấu trúc ADN

N-acetoxy-2-acetylaminoflourene (NAAAF)

 Phân tử lớn, gây liên kết chéo trong và giữa các sợi:

 Chất hóa học gây đứt sợi ADN: peroxid  Hydrocarbon đa vòng: benzopyren

Bức xạ điện từ

Bức xạ ion hóa

Tia UV

ĐB cảm ứng: Tác nhân bức xạ

- Không có ngưỡng tác dụng - Tỉ lệ thuận liều lượng phóng xạ, không phụ thuộc cường độ và thời gian chiếu xạ

Bức xạ

Bức xạ ion hóa

Tia cực tím – BX không ion hóa

Phân loại

Tia X, tia gama, hạt phóng xạ α, β

UV-C (180-290nm): gây chết UV-B (290-320): gây đb chính UV-A (320): cận UV, ít gây đb

Cơ chế gây đb

Ion hóa các phân tử trên đường đi tạo gốc tự do tương tác với ADN, protein, tế bào (máu, tủy xương, niêm mạc)

Khả năng xuyên thấu thấp: tác động lên đơn bào và giao tử ADN hấp thu cực đại 257nm  bước sóng tăng tần số đb

Tác dụng di truyền

Tạo thymin dimer (UV-B, UV-C) Ngăn phiên mã, sao chép, đb NST, gây chết nếu không sửa chữa Khắc phục: quang phục hồi

-Đứt 1 hoặc 2 sợi -Phá hủy các base -Liên kết chéo trong ADN hoặc ADN với protein -Hỏng bào quan, ngăn phân chia, làm chết tb

BX ion hóa

Tia UV

Cơ chế chống lại đột biến

•Đảo nghịch sai hỏng

•Loại bỏ sai hỏng

•Dung nạp sai hỏng

Đảo nghịch sai hỏng

Enzym phục hồi cấu trúc bình thường ko gãy khung  Quang phục hồi: photolyase xúc tác quá trình cắt loại các pyrimidin dimer. Không có ở động vật.

Đảo nghịch sai hỏng

O6-methylguanin, O4-methylthymin,

 Làm mất nhóm alkyl nhờ methyltransferase bằng cách chuyển gốc methyl từ oxy trên ADN sang cystein trên enzym. PƯ ko thuận nghịch, enzym mất hoạt tính. Lỗi O6- gồm ethylguanin…

 Nối các chỗ đứt do tia X và peroxid bằng ligase

Loại bỏ sai hỏng

 Cắt base (N-glycosylase)  Cắt nucleotid (NER)

Loại bỏ sai hỏng

Sửa chữa lệch đôi:  Xảy ra sau khi sao chép để “đáh vần kiểm tra” cuối

cùng. Protein quét ADN tìm base bắt cặp sai

 Tăng độ chính xác lên 100-1000 lần

Dung nạp sai hỏng

Không sửa chữa, sao chép sai hỏng và tiếp tục sống  Sửa chữa bằng tái tổ hợp  Sửa chữa bằng đột biến: “đột biến hoặc là chết”

Sửa chữa bằng

tái tổ hợp: lấp

khuyết sợi con

không dimer, cơ

chế chính xác

Tính trạng và protein đột biến

Bệnh do đột biến

di truyền được

 SV đột biến: SV biểu hiện những tính trạng bất thường

 Rối loạn chuyển hóa bẩm sinh (bệnh phân tử): nguồn gốc từ những sai sót mức độ phân tử: “một gen  một enzym”

Bệnh do đột biến

 Thiếu máu hồng cầu hình liềm  Thiếu máu Địa Trung Hải  Thiếu máu hồng cầu hình bia  Bệnh máu không đông  Teo cơ Dunchenne  Không dung nạp lactose  Phenylketon niệu  Porphyria