CHƯƠNG VII: CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA TÍNH DI TRUYỀN

Chia sẻ: Trần Thanh Phương Dung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

225
lượt xem 63
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA TÍNH DI TRUYỀN

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: CHƯƠNG VII: CƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA TÍNH DI TRUYỀN

4/20/2010 VII. 1. Quá trình khám phá DNA laø v t chaát di truyeàn 1865- Mendel coâng boá caùc quy luaät di truyeàn 1868 - Fredrich Miescher phaùt hieän m t h p ch t mang tính acid y u trong nhân t bào, sau này g i là DNA PHAÀN II: CÔ SÔÛ DI TRUYEÀN HOÏC 1924- s d ng phương pháp nhu m màu soi kính hi n vi ngư i ta phát hi n ra nhân t bào g m acid nucleic và c protein. 1928 – thí nghieäm Griffith phaùt hieän hieän töôïng bieán naïp CHÖÔNG VII: CÔ SÔÛ PHAÂN (transformation) ôû vi khuaån TÖÛ CUÛA TÍNH DI TRUYEÀN 1944 – thí nghieäm cuûa Avery, Mac Carty, Mc Leod xaùc ñònh ñöôïc taùc nhaân gaây bieán naïp 1949 - Erwin Chargaff phân tích thành ph n các base trong DNA: DNA TS. Nguy n Hoài Hương mang tính đ c hi u loài, đưa ra quy t c Erwin Chargaff. 1952 – thí nghi m Hershey – Chase ch ng minh DNA là v t ch t di truy n. 1953 - Rosalind Franklin dùng phương pháp tán x tia X nghiên c u c u trúc tinh th DNA 1953 – Watson vaø Crick xây d ng mô hình caáu truùc khoâng gian vaø kích thöôùc cuûa phaân töû DNA. Thí nghieäm Griffith vôùi Streptococcus 1928 - Thí nghieäm Griffith vôùi Streptococcus pneumoniae pneumoniae treân chuoät Chuûng S sau Hoãn hôïp Chuûng R Chuûng S khi ñun soâi – S’ R+S’ Chuûng R khoâng coù Chuûng S mang ñoäc löïc vì coù nang bao boïc bò heä nang polysaccharide laøm heä thoáng mieãn dòch phaùt meãn dòch khoâng phaùt hieän hieän vaø tieâu dieät ñöôïc Teá baøo cheát S’ chuyeån tính gaây beänh cho teá baøo R Bieán naïp (transformation): thay ñoåi tính traïng khi truyeàn thoâng tin di truyeàn 1
4/20/2010 1952 – Thí nghieäm cuûa A. Hershey vaø M. Chase 1944 - Thí nghieäm cuûa Avery, Mac Carty, Mc Leod chöùng minh DNA laø vaät chaát di truyeàn Teá baøo S’ Bacteriophage T2 Bacteriophage = phage = thöïc khuaån Hieän töôïng bieán naïp khoâng xuaát hieän neáu khoâng coù DNA DNA laø chaát di truyeàn THÍ NGHI M Đánh d u DNA c a phage T2 b ng 32P và protein b ng 1953 - Phaùt hieän caáu truùc khoâng gian vaø kích DNA ch a 32P V protein ch a 32S 32S b ng cách nuôi chúng thöôùc cuûa phaân töû DNA: hai chuoãi xoaén α trên môi trư ng ch a 32P ho c 32S Cho phage T2 lây nhi m E.coli Khu y tr n m nh đ tách phage T2 ra kh i E.coli Ly tâm tách t bào E.coli và phage T2. E.coli: c n l ng. Phage T2: Nh ng năm 50 th k 20: d ch trong. Phương pháp tán x tia X đư c s d ng đ phát hi n c u K T LU N: V t ch t mà phage trúc không gian c a DNA truy n cho E. coli là DNA M u DNA: DNA tinh khi t đư c k t tinh DNA là v t ch t di truy n 2
4/20/2010 1949- Thành ph n hóa h c c a DNA Nh ng năm 50 th k 20: Quy t c Chargaff : trong DNA, lư ng base purine (A+G) luôn b ng lư ng pyrimidine (T+C) Phương pháp taùn xaï tia X dùng ñeå nghieân cöùu caáu truùc khoâng gian cuûa protein vaø nucleic acid Xây d ng mô hình c u trúc không gian phân t DNA d a trên k t qu tán x tia X VII. 2. C u truùc không gian c a DNA theo Watson Lieân keát hydro giöõa caùc base cuûa - Crick hai maïch phaân töû DNA – tính ñaëc hieäu H Chuoãi xoaén keùp Moãi maïch goàm khung ñöôøng xen keõ caùc nhoùm phosphate Hai maïch noái vôùi nhau baèng lieân keát hydro taïi caùc base A maïch 1 - T maïch 2 C maïch 1 – G maïch 2 Hai maïch ñoái song A luoân lieân keát vôùi T, G vôùi C – quy t c b t c p b sung song (antiparallel): ñaàu SoÁ löôïng A = T, G = C (phù h p quy t c Chargaff) 5’P maïch 1 ñoái dieän ñaàu 3’OH maïch 2. 3
4/20/2010 Tương quan gi a c u trúc và ch c năng phân t DNA V t ch t di truy n ch a thông tin di truy n : trình t base. V t ch t di truy n ph i có kh năng b đ t bi n : thay đ i trình t base. V t ch t di truy n ph i đư c sao chép chính xác đ chu n b cho t bào phân chia: nh quy lu t b t c p b sung gi a các base A – T và C – G. V t ch t di truy n đư c bi u hi n ra ki u hình (tương quan ki u gene – ki u hình) nh quá trình phiên mã – d ch mã. Toång quan caáu truùc DNA VII.3. DNA trong t bào 2. DNA Eukaryote Hai m ch xo n kép Nhieãm saéc chaát =DNA + protein (histone vaø khaùc histone) Nén ch t nh xo n cu n nhi u c p a) Chaát ñoàng nhieãm saéc (Euchromatin): DNA khoâng bò neùn, saün (chi u dài b gene g p 1000 chi u dài saøng phieân maõ. t bào) b) Chaát dò nhieãm saéc (Heterochromatin): DNA ñöôïc neùn chaët, bò 1. DNA Prokaryote kìm haõm phieân maõ. 1 phân t DNA Siêu xo n vòng 4
4/20/2010 Chuoãi xoaén keùp DNA Chaát nhieãm saéc daïng saâu chuoãi (haït laø nucleosome) Sôïi chromatin, caùc nucleosome ñöôïc quaán cuoän Vuøng NST ôû theå loûng leûo (ñoàng nhieãm saéc) NST neùn chaët (dò nhieãm saéc) Nhieãm saéc NST ôû trung kyø chaát vaø (metaphase) cuûa nhieãm saéc nguyeân phaân theå (NST) VII. 4. Sao cheùp DNA (DNA replication) 2. Thí nghieäm Meselson & Stahl 1. Moâ hình chuoãi xoaén keùp cuûa DNA cho pheùp döï ñoaùn phöông phaùp sao cheùp cuûa DNA 1. Nuoâi caáy E. coli trong moâi tröôøng chöùa 15N laø nguoàn nitô duy nhaát trong nhieàu theá heä (generation). Laáy maãu vaø chieát taùch DNA. DNA meï Taùch rôøi hai maïch MoÃi maïch DNA meï 2. Chuyeån teá baøo E. coli sang moâi tröôøng chöùa 14N. Sau khi teá baøo laøm khuoân maãu toång phaân chia moät laàn, laáy maãu vaø chieát taùch DNA. Cô cheá sao cheùp baùn baûo toàn hôïp moät maïch DNA 3. Laäp laïi böôùc hai. (semiconservative DNA replication): con 4. Ly taâm caû ba maãu DNA noùi treân duøng thang noàng ñoä CsCl, so Töø moät phaân töû DNA meï taïo ra hai saùnh vò trí cuûa caùc veät DNA. phaân töû DNA con gioáng heät nhau, moäi phaân töû DNA con chöùa moät maïch cuûa DNA me.ï 5
4/20/2010 3. Quaù trình sao Sao cheùp baùn baûo toàn cheùp DNA (semiconservative replication) a) T o liên k t phosphodiester 1 veät DNA naëng 1 veät DNA trung gian giöõa naëng vaø nheï Enzyme sao chép (DNA polymerase) c n đo n m i (RNA primer) đ ho t ½ DNA nheï; ½ DNA trung gian đ ng giöõa naëng vaø nheï Hư ng sao chép: 5’ – 3’ Keát quaû thí nghieäm khaúng ñònh cô cheá sao cheùp baùn baûo toàn M t m ch DNA đóng vai trò m ch khuôn C n t ng h p đ an m i theo nguyên t c b t c p b sung base v i m ch khuôn b) Cơ ch sao chép DNA Sao cheùp tieán haønh taïi moät ñieåm goïi laø origine (ori) MoÄt replicon laø moät ñôn vò sao cheùp (chöùa moät ori) DNA voøng cuûa Prokaryote laø moät replicon. Moãi sôïi DNA Eukaryote coù nhieàu replicon. Quaù trình sao cheùp dieãn ra theo hai höôùng. dNTP t o liên k t phosphodiester v i đ an m i, đ ng th i theo nguyên t c b t c p b sung base v i m ch khuôn 6
4/20/2010 Cơ ch sao chép DNA Cơ ch sao chép DNA E.coli i) Kh i s i) Kh i s Tháo xo n – Helicase ori Căng m ch – Protein căng m ch (single strand binding protein SSBP) T ng h p đo n m i – Primase Kh i s sao ii) N i dài – DNA polymerase III chép t i đi m ori Protein căng m ch M ch t i t ng h p liên t c M ch ch m t ng h p gián đo n thành nhi u đo n Okazaki iii) K t thúc M ch ch m: C t b đo n m i (RNA), t ng h p DNA thay th – DNA Polymerase I Helicase tháo xo n N i các đo n Okazaki – DNA ligase Protein căng m ch ngăn c n hai m ch t o xo n tr l i ii) N i dài T i m t chĩa ba sao chép (replication fork): Enzyme DNA polymerase III t o liên k t phosphodiester gi a các nucleotide vào đo n m i và n i dài m ch DNA M ch t i và m ch ch m t ng h p khác nhau nhưng luôn theo chi u 5’-3’ M ch t i Enzyme primase t ng h p đo n m i (RNA primer) c 5 nucleotide M ch ch m 7
4/20/2010 iii) K t thúc M ch t i t ng h p liên t c DNA polymerase I c t b đo n m i… M ch t i M ch ch m …và DNA polymerase I t ng h p DNA thay th M ch ch m t ng h p gián đo n thành các đo n Okazaki 4. Sao chép DNA vi khu n a) Cơ ch 1: sao chép theo hai hư ng DNA ligase n i các đo n Okazaki T o xo n kép 8
4/20/2010 5. Sao cheùp DNA ôû teá baøo Eukaryote b) Cơ ch 2: sao chép Ñieåm xuaát phaùt sao cheùp DNA (ori) b ng cách cu n vòng (rolling circle mehanism) 5’ 3’ -sao chép DNA khi giao 3’ 5’ n p -Virus (phage lamda) Sao cheùp hai höôùng Ñôn vò sao cheùp Hôïp nhaát caùc ñôn vò sao cheùp 5’ 3’ 3’ 5’ DNA con 5’ 3’ 3’ 5’ 6. ng d ng sao chép DNA Tính chaát cuûa DNA polymerase a) PCR = polymerase chain reaction DNA polymerase ôû E. coli_ Quá trình sao chép t đ ng m t đo n DNA ng n nhi u l n in vitro pol I pol II pol III Sao chép mang tính chu kỳ: m t s bư c l p l i nhi u l n. Polymer hoùa: 5’ - 3’ + + + Các bư c chính: Proofreading exonuclease: 3’ - 5’ + + + Exonuclease : 5’ - 3’ + - - M ch kép DNA tách r i nhau do b đun nóng (bi n tính) (t> 90oC) Primer nhân t o đư c cho vào h n h p ph n ng cùng v i 4 lo i dNTP DNA polymerase III laø enzyme chính trong quaù trình sao cheùp DNA và Tag polymerase DNA polymerase I trong sao cheùp DNA loaïi boû ñoaïn moài vaø laáp ñaày choã troáng treân maïch chaäm, vaø ñoù cuõng laø enzyme söûa loãi DNA Tag polymerase xúc tác ph n ng n i dài và b t c p b sung m ch m i vaø ñöôïc söû duïng ñeå taïo DNA taùi toå hôïp. t ng h p. Taát caû DNA polymerase caàn primer vôùi ñaàu 3’ OH töï do Tag polymerase = DNA polymerase ch u nhi t (95oC) t vi khu n ch u Taát caû DNA polymerase xuùc taùc phaûn öùng toång hôïp DNA (noái daøi nhi t Thermus aquaticus phân l p t su i nư c nóng. maïch DNA) theo höôùng 5’ - 3’. Moät soá DNA polymerases coù hoaït tính ñoïc vaø söûa loãi (proofreading activity) töùc hoaït tính exonuclease 3’-5’. 9
4/20/2010 Nguyên li u: Các bư c c a PCR cho m i chu kỳ: DNA c n sao chép (DNA đích) Đo n m i b t c p b sung v i m i m ch c a DNA đích (khuôn) Đo n m i (10-20 nucleotide) Tag polymerase Tag polymerase n i dài Chu kỳ 1 đo n m i, t ng h p m ch DNA con Chu kỳ 2 Chu kỳ 3 Th i gian m i chu kỳ: vài phút S lư ng phân t DNA tăng theo c p s nhân 10
4/20/2010 b) DNA sequencing (xác đ nh trình t base trong DNA) DNA c n xác đ nh Nguyên t c: trình t base đư c T ng h p m ch DNA b t đun nóng đ có c p b sung v i m ch m ch đơn c n xác đ nh v i các dNTP và ddNTP (dideoxiribonucleoside triphosphate) đư c g n nhóm ch c phát huỳnh DNA m ch đơn quang cũng Primer T ng h p ng d ng: genomics – m ch b t gi i mã b gene sinh v t. DNA polymerase c pb dNTP sung b t đ u Nhóm OH C 3’ b m t oxy, ddNTP dNTP ti p theo không th t o liên k t phosphodiester Khi ddNTP g n vào m ch DNA đang t ng Đi n di (electrophoresis) các m ch DNA m i t ng h p: h p, quá trình t ng Phương pháp s p x p DNA theo đ dài h p ng ng l i. V t dư i = m ch ng n Đi n di DNA V t trên = m ch dài Trong h n h p có nhi u m ch DNA m i đư c t ng h p v i đ dài khác nhau, nucleotide cu i cùng luôn là ddNTP. M i m ch phát huỳnh quang v i màu khác nhau. Màu huỳnh Trình t base đư c xác đ nh nh máy tính quang đư c xác đ nh nh Màu huỳnh quang ng chùm laser. v i ddNTP cu i cùng. 11
4/20/2010 VII. 5. Caùc cô cheá söûa sai vaø baûo veä DNA b) Ñoät bieán ngaãu nhieân gaây ra do ñoàng phaân hoã bieán (tautomer) 1. Caùc ñoät bieán coù theå xaûy ra treân phaân töû DNA Caùc daïng ñoàng phaân hoã bieán cuûa caùc base trong DNA a) Caùc daïng bieán ñoåi caëp base A, G = purine T, C = pirimidine Ñoaïn DNA bình thöôøng CATTCACCTGTACCA GTAAGTGGACATGGT Adenine Ñoàng hoaùn (töø T-A sang C-G) Dò hoaùn (töø T-A sang G-C) CATGCACCTGTACCA Haäu quaû: CATCCACCTGTACCA thay ñoåi GTAGGTGGACATGGT GTACGTGGACATGGT base baét Thay theá caëp base – ñoät bieán thay theá (substitution mutation) caëp do Ñoàng hoaùn: pyrimidine naøy thaønh pyrimidine khaùc thay ñoåi Dò hoaùn: pyrimidine thaønh purine. caùch lk hydro Cytosine xoùa cheøn CATCACCTGTACCA CATGTCACCTGTACCA GTAGTGGACATGGT GTACAGTGGACATGGT AMINO IMINO Coù theå maát hoaëc theâm nhieàu caëp base taïi moät vò trí Ñoät bieán ngaãu nhieân do ñoàng phaân hoã bieán cuûa cytosine gaây ra Caùc daïng ñoàng phaân hoã bieán cuûa caùc base trong DNA Cytosine (Ñoät bieán ngaãu nhieân = khoâng do taùc nhaân beân ngoaøi) Guanine Guanine Haäu quaû: Daïng bình thöôøng thay ñoåi amino base baét caëp do thay ñoåi Cytosine caùch lk hydro Thymine Adenine Daïng ñoàng phaân hoã bieán imino Cytosine baét caëp nhaàm vôùi adenine gaây ñoät bieán ñoåi ñoàng hoaùn KETO ENOL 12
4/20/2010 c) Bieán ñoåi do hoùa chaát gaây ra d) Bi n i do tia c c tím Tia cöïc tím taïo dimer giöõa hai thymine lieân tieáp DNA Pol III bò caûn trôû khi toång hôïp DNA, coù theå söûa ñöôïc i) Laøm maát amin (deamination) do taùc nhaân oxy hoùa aûnh höôûng ñeán tính ñaëc hieäu cuûa lk hydro Toùm taét caùc daïng toån thöông DNA 2. Cô cheá söûa loãi DNA Maát base acid hay nhieät laøm maát purine (~104 purine/ngaøy/teá baøo ngöôøi) a) Cơ ch đ c và ch a b n nháp (proofreading): Laøm hoûng base Caùc tia ion hoùa, caùc taùc nhaân alkyl hoùa ch a l i trong quá trình sao chép DNA; Bieán ñoåi base Laøm maát amine trong base, bieán Do DNA polymerase th c hi n cytosine thaønh uracil GI m t l l i t 1/104 – 1/1010 c p base adenine thaønh hypoxanthine b) Cơ ch s a l i b t c p sai (mismatch repair): Xoùa – cheøn base Hoùa chaát (acridine) scan DNA ngay sau khi sao chép đ phát hi n và s a ch a b t c p sai k p th i. Taïo dimer Tia cöïc tím c) Cơ ch s a ch a b ng c t b : nh ng đ t bi n nh u nhiên đư c s a b ng cách c t b base ho c nucleotide b l i và t ng h p l i. Laøm ñöùt maïch ñôn Tia ion hoùa; hoùa chaát (bleomycin) Laøm dính hai maïch Caùc daãn xuaát cuûa Psoralen; mitomycin C Hieäu quaû: ÔÛ tb vi khuaån 50% thoâng tin khoâng bò bieán ñoåi sau Taïo caùc ñoàng phaân 100 trieäu laàn sao cheùp. tautomer Töï phaùt 13
4/20/2010 a) Cơ ch đ c và ch a b n nháp Söûa loãi nhôø quang taùi hoaït hoùa enzyme photolyase (gene phr ôû E.coli) Khi tia töû ngoaïi gaây ñoät bieán Trong quá trình DNA polymerase c t DNA polymerase taïo dimer giöõa hai Thymine sao chép, m t b ngay l p t c n i l i base đúng lieân tieáp, aùnh saùng thöôøng seõ base b t c p sai base b t c p sai phuïc hoài choã sai hoûng nhôø hoaït hoùa enzyme photolyase caét voøng cyclobutyl pirimidine b) Cơ ch mismatch repair dimer Trong quá trình Enzyme c t b DNA polymerase sao chép, m t base b t c p sai n i l i base đúng base b t c p sai c) Cơ ch s a ch a b ng c t b M t base b bi n Enzyme c t b base DNA polymerase đ i (h ng) h ng và m t s base t ng h p l i đo n bên c nh c tb 3. Haäu quaû cuûa ñoät bieán DNA b) Ñoät bíeán maát base (deletion) Ñoät bieán aâm Neáu khoâng kòp thôøi söûa chöõa… thaàm (silent a) Ñoät bieán thay theá (subsitution mutation) – mutation): t bi n i m khoâng laøm thay ñoåi amino acid maø DNA maõ Muõi teân xanh: doàng hoùan hoùa. Muõi teân ñoû: dò hoaùn Ñoät bieán nhaàm nghóa (missense mutation) : ñoät bieán laøm bieán ñoåi amino acid. Ñoât bíeân voâ nghóa (nonsense mutation): ñoät bíeân taïo stop Haäu quaû gaây ñoät bieán dòch khung (frameshift mutation): thay signal ñoåi trình töï polypeptide, gaây nhieàu beänh di truyeàn. 14
4/20/2010 c) Cheøn base Ñoät bieán dòch khung gaây ra do maát hay cheøn base. mRNA (a) vaø mRNA (b) chæ khaùc nhau laø G cheøn vaøo vò trí thöù ba töø traùi sang. DNA mRNA protein. Ñoät bieán DNA gaây ñoät bíeân mRNA, nhö vaäy seõ taïo thaønh chuoãi polypeptide hoaøn toaøn khaùc. (Beänh Huntingon, beänh NST X deã hoûng). 15