Bài giảng Sinh học phân tử - Võ Minh Trí

ờng khác nhau CÁC THÔNG SỐ ðẶC TRƯNG CỦA DNA DẠNG A, B, Z GV. TS. Voõ Minh Trí 39 KÍCH THƯỚC PHÂN TỬ DNA GV. TS. Voõ Minh Trí 40 KÍCH THƯỚC PHÂN TỬ DNA GV. TS. Voõ Minh Trí 41 CẤU TRÚC BẬC CAO CỦA DNA Ở PROKARYOTE GV. TS. Voõ Minh Trí 42 CẤU TRÚC BẬC CAO CỦA DNA Ở PROKARYOTE GV. TS. Voõ Minh Trí 43 CẤU TRÚC BẬC CAO CỦA DNA Ở EUKARYOTE GV. TS. Voõ Minh Trí 44 CẤU TRÚC BẬC CAO CỦA DNA Ở EUKARYOTE GV. TS. Voõ Minh Trí 45 CƠ CHẾ SAO CHÉP DNA GV. TS. Voõ Minh Trí
Sao chép theo khuôn, bán bảo tồn
Cơ chế phân tử của sự sao chép
So sánh sao chép ở prokaryote và eukaryote 46 CÁC MÔ HÌNH SAO CHÉP DNA GV. TS. Voõ Minh Trí
Sao chép (sao mã, replication) 47 THÍ NGHIỆM CỦA MESELSON-STAHL (1958) GV. TS. Voõ Minh Trí 48 THÍ NGHIỆM CỦA MESELSON-STAHL (1958)GV. TS. Voõ Minh Trí 49 THÍ NGHIỆM CỦA MESELSON-STAHL (1958)GV. TS. Voõ Minh Trí 15N-15N 15N-15N 15N-15N 15N-14N 14N-14N 50 GV. TS. Voõ Minh TríSAO CHÉP THEO KHUÔN, BÁN BẢO TỒN 51 CƠ CHẾ PHÂN TỬ CỦA SỰ SAO CHÉP DNA GV. TS. Voõ Minh Trí
ðiều kiện của phản ứng tổng hợp DNA (sao chép): Cần khuôn mạch ñơn Xúc tác bởi DNA polymerase Cần ñoạn mồi (primer): ñoạn RNA ngắn bổ sung với khuôn Cơ chất: dATP, dCTP, dTTP, dGTP (dNTP) 52  Mạch mới ñược tổng hợp bằng cách kéo dài mồi theo chiều 5’ -> 3’: ñầu 5’-phosphate của nucleotide mới sẽ gắn vào ñầu 3’-OH của ñường ribose trong oligonucleotide Các nucleotide ñược nối với nhau bằng liên kết phosphodiester giữa 5’-P và 3’-OH CÁC DNA POLYMERASE Ở E. coliGV. TS. Voõ Minh Trí 53 CƠ CHẤT CỦA PHẢN ỨNG TỔNG HỢP RNA, DNA GV. TS. Voõ Minh Trí 54 KHUÔN, MỒI VÀ TỔNG HỢP THEO CHIỀU 5’ -> 3’ GV. TS. Voõ Minh Trí 55 GV. TS. Voõ Minh Trí KHUÔN, MỒI VÀ TỔNG HỢP THEO CHIỀU 5’ -> 3’ 56 GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH SAO CHÉP (SAO MÃ)
Khởi sự (Initiation): hình thành phức hợp sao chép (replisome) ở trình tự khởi sự sao chép ori, hình thành khuôn mạch ñơn, hình thành chẻ ba sao chép (replication fork), tạo primer
Tổng hợp (kéo dài, Elongation): kéo dài primer, tổng 57 hợp sợi DNA theo khuôn
Kết thúc (Termination): giải thể phức hợp replisome, kết thúc sao mã GV. TS. Voõ Minh TríCÁC PROTEIN CẦN CHO QUÁ TRÌNH SAO CHÉP (SAO MÃ)
DnaA: nhận diện, gắn vào ori, cảm ứng tách mạch, cảm ứng gắn DnaB, DnaC
DnaB: tạo phức hợp với DnaC
DnaC: giúp gắn DnaB vào khuôn
DnaG: primase
SSB: gắn và ổn ñịnh DNA mạch ñơn 58
DNA gyrase: giải xoắn DNA
DNA polymerase III: kéo dài primer, tạo mạch DNA mới, có hoạt tính 3’ => 5’ exonuclease ñể loại bỏ nucleotide sai
DNA polymerase I: thủy phân mồi RNA và thay bằng DNA
DNA ligase: nối các ñoạn Okazaki GV. TS. Voõ Minh Trí GẮN DnaA VÀO OriC VÀ HÌNH THÀNH KHUÔN MẠCH ðƠN Ở E. coli 59 GV. TS. Voõ Minh TríKHỞI SỰ SAO CHÉP (SAO MÃ) 60 GV. TS. Voõ Minh Trí VỊ TRÍ VÀ HOẠT ðỘNG CỦA CÁC PROTEIN TRONG SAO CHÉP 61 GV. TS. Voõ Minh Trí TƯƠNG TÁC CHẶT CHẼ GIỮA CÁC DNA POLYMERASE GIỮA HAI KHUÔN TRONG SAO CHÉP 62 GV. TS. Voõ Minh Trí TỒNG HỢP LIÊN TỤC Ở MẠCH TRƯỚC VÀ KHÔNG LIÊN TỤC Ở MẠCH SAU
Mạch trước: tổng hợp liên tục, hướng ñi vào ngã ba sao chép
Mạch sau: tổng hợp 63 không liên tục theo từng ñoạn Okazaki (1000-2000bp), theo hướng ñi ra khỏi ngã ba sao chép
Tốc ñộ sao chép ở E. coli 5 x 104 nu/phút GV. TS. Voõ Minh Trí VAI TRÒ CỦA DNA POLYMERASE I VÀ LIGASE Ở TỔNG HỢP MẠCH SAU 64 GV. TS. Voõ Minh Trí VAI TRÒ CỦA DNA POLYMERASE I VÀ LIGASE Ở TỔNG HỢP MẠCH SAU 65 GV. TS. Voõ Minh TríVAI TRÒ CỦA DNA POLYMERASE I VÀ LIGASE Ở TỔNG HỢP MẠCH SAU 66 GV. TS. Voõ Minh Trí TỔNG HỢP THEO MỘT VÀ HAI CHẺ BA SAO CHÉP 67 GV. TS. Voõ Minh Trí SAO CHÉP VÀ PHÂN TÁCH DNA CON Ở PROKARYOTE 68 GV. TS. Voõ Minh Trí KẾT THÚC SAO CHÉP Ở E. coli 69 GV. TS. Voõ Minh Trí PHÂN TÁCH DNA CON KHI HOÀN TẤT SAO CHÉP 70 GV. TS. Voõ Minh Trí SAO CHÉP Ở EUKARYOTE
Sao chép phức tạp và chậm hơn so với prokaryote (3000nu/phút)
Nhiều ñiểm xuất phát sao chép 71 (replicon) trên 1 nhiễm sắc thể
Cơ chế kiểm soát sự sao chép lặp lại trên 1 ori GV. TS. Voõ Minh Trí SAO CHÉP ðỒNG THỜI TRÊN NHIIỀU REPLICON Ở EUKARYOTE 72 GV. TS. Voõ Minh Trí CƠ CHẾ SỬA SAI VÀ BẢO VỆ DNA
Các dạng ñột biến trên DNA
Sửa sai trong sao chép
Sửa sai các ñột biến 73
Các hệ thống bảo vệ DNA GV. TS. Voõ Minh Trí CÁC DẠNG ðỘT BIẾN TRÊN DNA
ðột biến do sai sót trong sao chép
ðứt mạch do cơ học
Thủy phân liên kết N-glycoside làm mất base
Methyl hóa trên base dẫn ñến bắt cặp sai 74
Mất nhóm amine dẫn ñến bắt cặp sai
Chuyển dạng enol-keto, amino-imino dẫn ñến bắt cặp sai
Tạo dimer thymine trên cùng một mạch do tia UV GV. TS. Voõ Minh Trí THỦY PHÂN LIÊN KẾT N-GLYCOSIDE LÀM MẤT BASE
Xảy ra với tỷ lệ cao ñối với purine so với pyrimidine
1/105 purine/ngày/tế bào người trong ñiều kiện bình thường 75 GV. TS. Voõ Minh Trí MẤT NHÓM AMINE 76 GV. TS. Voõ Minh Trí CHUYỂN DẠNG ENOL-KETO, AMINO-IMINO 77 GV. TS. Voõ Minh Trí TẠO DIMER THYMINE TRÊN CÙNG MỘT MẠCH DO TIA UV 78 GV. TS. Voõ Minh Trí HỆ THỐNG SỬA SAI DNA ðẢM BẢO TÍNH ỔN ðỊNH CỦA VẬT LIỆU DI TRUYỀN DNA QUA CÁC THẾ HỆ
Tần số sai sót của sao chép in vitro: 10-5
Tần số sai sót của sao chép in vivo: 10-9
Hệ thống sửa sai DNA: 79 Sửa sai trong sao chép: DNA polymerase III, DNA polymerase I Sửa sai do ñột biến GV. TS. Voõ Minh Trí HỆ THỐNG SỬA SAI TRÊN DNA Ở E. coli 80 GV. TS. Voõ Minh TríMẠCH DNA MẸ VÀ CON PHÁT HIỆN NUCLEOTIDE SAI TRÊN MẠCH CON 81 GV. TS. Voõ Minh Trí THAY ðOẠN CHỨA NUCLEOTIDE SAI BẰNG ðOẠN MỚI 82 GV. TS. Voõ Minh TríTHAY ðOẠN CHỨA NUCLEOTIDE MẤT BASE BẰNG ðOẠN MỚI
Vị trí apurinic
Vị trí apyrimidinic 83 GV. TS. Voõ Minh TríTHAY BẰNG ðOẠN MỚI 84 GV. TS. Voõ Minh TríHỆ THỐNG BẢO VỆ DNA
Hệ thống sửa sai
Hệ thống giới hạn-biến ñổi
Hệ thống SOS 85 GV. TS. Voõ Minh TríHỆ THỐNG SOS (SOS REGULATORY SYSTE ) 86 GV. TS. Voõ Minh TríHỆ THỐNG GIỚI HẠN – BIẾN ðỔI (RESTRICTION – MODIFICATION SYSTEM
Giúp vi khuẩn phân biệt DNA chính mình với DNA ngoại lai (phage) và thủy phân DNA ngoại lai
ðặc ñiểm: Nhận diện một trình tự nucleotide chuyên biệt (trình tự nhận biết) có tính ñối ngẫu (palindrome, trình tự 5’ => 3’ của hai sợi ñồng nhất) 87 Có hoạt tính methyl hóa một nucleotide trên trình tự nhận biết: hoạt tính methylase Có hoạt tính cắt liên kết phosphodiester tại trình tự nhận biết, hoặc một vị trí nhất ñịnh so với trình tự nhận biết: hoạt tính endonuclease Hoạt tính endonuclease chỉ có ñối với trình tự nhận biết không bị methyl hóa GV. TS. Voõ Minh TríHỆ THỐNG GIỚI HẠN – BIẾN ðỔI (RESTRICTION – MODIFICATION SYSTEM 88 GV. TS. Voõ Minh TríBIỂU HIỆN GEN: PHƯƠNG THỨC SỬ DỤNG THÔNG TIN DI TRUYỀN TRONG TẾ BÀO
Học thuyết trung tâm
DNA và mã di truyền
Phiên mã ở prokaryote 89
Phiên mã ở eukaryote
ðặc ñiểm, chức năng các sản phẩm phiên mã (RNA)
Dịch mã
Biến ñổi sau dịch mã GV. TS. Voõ Minh Trí HỌC THUYẾT TRUNG TÂM
Gen và tính trạng
Nguyên tắc truyền thông tin di truyền trong tế bào và qua các thế hệ 90
Các bước trong quá trình biểu hiện của gen GV. TS. Voõ Minh TríSAI HỎNG CỦA GEN DẪN ðẾN CÁC SAI HỎNG SINH HÓA
Bệnh niệu alkaptonuria (Garrod, 1908): ñột biến lặn liên quan ñến homogentisic acid oxidase 91
Các bệnh di truyền ñột biến lặn khác trong chu trình phenylalanine GV. TS. Voõ Minh Trí1 GEN – 1 ENZYME
Beadle, Tatum (1941): thí nghiệm trên mốc vàng Neurospora crassa
Tạo các chủng mốc ñột biến khuyết dưỡng (mất khả năng tự tổng hợp một nhu cầu dinh dưỡng, ví dụ 1 acid amin
Xác ñịnh mỗi chủng ñột biến liên quan ñến 1 gen: giả thuyết “1 gen-1 enzyme” 92
Mở rộng khái niệm:  1 gen - 1 protein  1 gen - 1 polypeptide  1 gen - 1 ñại phân tử sinh học GV. TS. Voõ Minh TríNGUYÊN TẮC TRUYỀN THÔNG TIN DI TRUYỀN TRONG TẾ BÀO VÀ QUA CÁC THẾ HỆ Truyền thông tin giữa 2 thế hệ 93 Truyền thông tin trong tế bào Functional protein GV. TS. Voõ Minh TríÝ NGHĨA VÀ ðẶC ðIỂM CỦA CÁC BƯỚC TRUYỀN THÔNG TIN
Phiên mã (transcription): Chọn lựa phần thông tin di truyền cần sử dụng từ bộ gen Chuyển thông tin di truyền từ DNA thành RNA Kích thước RNA nhỏ 1/1000 lần so với DNA 94 RNA kém bền do có C2’-OH, chỉ tồn tại trong một thời gian nhất ñịnh trong tế bào Phương thức mã hóa thông tin không thay ñổi Bản chất hóa học và kiểu kiên kết hầu như không thay ñổi GV. TS. Voõ Minh TríÝ NGHĨA VÀ ðẶC ðIỂM CỦA CÁC BƯỚC TRUYỀN THÔNG TIN
Dịch mã (translation): Thông tin di truyền ñược dịch thành trình tự các amino acid có bản chất hóa học và kiểu liên kết khác Các sản phẩm phiên mã ñược dịch mã ở mức ñộ khác nhau Sản phẩm dịch mã có cấu trúc và chức năng ña dạng 95 Protein không bền vững và bị phân hủy sau một thời gian nhất ñịnh
Biến ñổi sau dịch mã (post-translational modification) Giúp kiểm soát ở mức ñộ cao hơn sự biểu hiện của gen Thực hiện bằng những biến ñổi cộng hóa trị và không cộng hóa trị GV. TS. Voõ Minh TríCHỨC NĂNG ðA DẠNG CỦA PROTEIN 96 GV. TS. Voõ Minh TríDÒNG THÔNG TIN Ở TẾ BÀO PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE
Prokaryote: DNA=>RNA=>protein=>functional protein
Eukaryote: DNA=>pre-mRNA=>RNA=>protein=>functional protein 97 GV. TS. Voõ Minh TríMÃ DI TRUYỀN (CODON) 98 GV. TS. Voõ Minh TríPHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE
Là phản ứng sinh tổng hợp RNA trong tế bào từ DNA khuôn.
ðiều kiện của phiên mã in vivo: RNA polymerase có hoạt tính (tạo liên kết phosphodiester giữa các rNTP dựa theo khuôn DNA mạch ñơn) 99 Có ñủ rNTP (rATP, rGTP, rCTP, rUTP) Gen ñược mở Sự phiên mã ñược thực hiện theo từng ñơn vị phiên mã
Sự tổng hợp RNA luôn theo chiều 5’ => 3’. GV. TS. Voõ Minh TríðƠN VỊ PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE
ðơn vị phiên mã: Promoter: trình DNA nơi RNA polymerase gắn vào Trình tự mang mã: gồm trình tự các bộ ba mã hóa (codon) bắt ñầu bằng ATG và kết thúc bằng bộ ba kết thúc Terminator: trình tự mã hóa cấu trúc kết thúc phiên mã
RNA polymerase gắn với promoter thông qua nhân tố sigma 100 GV. TS. Voõ Minh TríPROMOTER VÀ SỰ NHẬN DIỆN BỞI SI MA
Promoter: vùng chứa trình tự bảo tồn ở các nucleotide -10 (TATAAT) và -35 (TTGACA) so với ñiểm bắt ñầu +1.
Nhân tố sigma nhận diện và gắn với promoter tại vùng -10 và -35.
Sigma gắn với promoter ở cả hai mạch, mạch xuôi 5’ => 3’ chứa trình tự bảo tồn ñược nhận diện 101 là mạch mang mã, mạch ñối diện là mạch khuôn dùng ñể tổng hợp RNA.
Trình tự ribonucleotide của RNA tương tự với trình tự nucleotide của mạch mang mã. GV. TS. Voõ Minh TríCÁC SỰ KIỆN TRONG KHỞI SỰ PHIÊN MÃ 102 GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG SỰ PHIÊN MÃ: KÉO DÀI 103 GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG SỰ PHIÊN MÃ: KẾT THÚC 104 GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG SỰ PHIÊN MÃ: KẾT THÚC 105 GV. TS. Voõ Minh TríPHIÊN MÃ THEO CÁC ðƠN VỊ PHIÊN MÃ Maïch DNA khuoân 106 Maïch DNA mang maõ GV. TS. Voõ Minh TríPHIÊN MÃ THEO CÁC ðƠN VỊ PHIÊN MÃ 107 GV. TS. Voõ Minh TríSO SÁNH PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE
Prokaryote:
Eukaryote: Một loại RNA polymerase tổng hợp tất cả các loại RNA mRNA thường chứa nhiều ORF (nhiều gene, polycistron) Vùng mang mã di truyền của gene (exon) bị gián ñoạn bởi các ñoạn không mang mã (intron) 108 mRNA ñược tổng hợp qua hai bước: tiền mRNA (pre mRNA) và mRNA trưởng thành (mature mRNA) Pre mRNA có chứa chóp 7-methyl-guanosine ở ñầu 5’ và chứa ñuôi polyA (100-200 adenine) ở ñầu 3’ Pre mRNA ñược chế biến (splicing) ñể loại bỏ intron và nối các exon lại trước khi ñi vào tế bào chất mRNA trưởng thành trong tế bào chất chứa thông tin liên tục GV. TS. Voõ Minh TríSO SÁNH PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE
Eukaryote: mRNA chỉ chứa 1 ORF (một gen, monocistron) RNA polymerase I và III: tổng hợp rRNA, tRNA và các RNA nhỏ khác 109 RNA polymerase II: tổng hợp mRNA GV. TS. Voõ Minh TríPHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE 110 GV. TS. Voõ Minh TríGẮN CHÓP 5’, ðUÔI POLYA VÀ SPLICING TRONG PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE 111 GV. TS. Voõ Minh TríCÁC VÙNG CHỨC NĂNG VÀ ðỘ BỀN CỦA mRNA
Các vùng chức năng:  5’-UTR (untranslated region): vùng 5’ không dịch mã Vùng dịch mã: một hay nhiều khung dịch mã (ORF, open reading frame)  3’-UTR: vùng 3’ không dịch mã Terminator: cấu trúc kết thúc
ðộ bền mRNA:  Phụ thuộc vào cấu trúc bậc cao ở ñầu 5’ và 3’, mũ 5’ và ñuôi polyA mRNA của prokaryote có cấu trúc ñơn giản, thời gian 112 bán phân ngắn (phút) mRNA của eukaryote có thời gian bán phân dài (30 phút – 24 giờ) Vùng 5’không dịch mã Vùng dịch mã, ORF Vùng 3’ không dịch mã GV. TS. Voõ Minh TríðƠN VỊ PHIÊN MÃ CỦA OPERON RNA Ở PROKARYOTE 113 GV. TS. Voõ Minh TríRNA RIBOSOME (rRNA) 114 GV. TS. Voõ Minh TríCẤU TRÚC BẬC 2 CỦA rRNA 115 GV. TS. Voõ Minh TríRNA VẬN CHUYỂN (tRNA) 116 GV. TS. Voõ Minh TríSỰ GẮN CHUYÊN BIỆT AMINO ACID LÊN tRNA TƯỜNG ỨNG
Liên kết ester hình thành giữa 3’-OH của tRNA và –COOH của amino acid tương ứng nhờ sự xúc tác của aminoacyl-tRNA synthetase tương ứng 117 GV. TS. Voõ Minh TríMÔ HÌNH PHÂN TỬ MINH HỌA TÍNH CHUYÊN BIỆT GIỮA ENZYME, AMINO ACID VÀ tRNA 118 GV. TS. Voõ Minh TríDỊCH MÃ
Là quá trình sinh tổng hợp protein trong tế bào trên khuôn mRNA và ribosome.
ðiều kiện của dịch mã in vivo: Có ñủ amino acid và aminoacyl-tRNA (tRNA gắn amino acid) Có ñủ các nhân tố dịch mã Ribosome hoạt ñộng và mRNA Sự dịch mã ñược thực hiện theo từng ñơn vị là ORF 119
Sự dịch mã luôn theo chiều 5’ => 3’ của mRNA, ñầu 5’ tương ứng với -NH2 (ñầu N), ñầu 3’ tương ứng với -COOH (ñầu C) của polypeptide GV. TS. Voõ Minh TríDỊCH MÃ TRÊN POLYSOME ðỒNG THỜI VỚI PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE 120 GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG DỊCH MÃ: KHỞI SỰ
Gồm các sự kiện lắp ghép có trực tự của mRNA, các tiểu phần ribosome, tRNA-fMet tại codon khởi sự trước khi hình thành một liên kết peptide
Ribosome hoàn chỉnh có ba vị trí: A: nơi tiếp nhận tRNA gắn amino acid 121 P: nơi tiếp nhận tRNA-fMet và nơi chứa tRNA-peptide E: vị trí thoát của tRNA
ðược kiểm soát bởi các nhân tố khởi sự dịch mã IF (Initiation factor) GV. TS. Voõ Minh TríTƯƠNG TÁC GIỮA 16S rRNA VÀ TRÌNH TỰ SHINE- DALGARNO Ở ðẦU 5’ CỦA mRNA 122 GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG DỊCH MÃ: KÉO DÀI
Các nhân tố kéo dài dịch mã EF (elongation factor) giúp ñưa tRNA mang amino acid vào vị trí A và cảm ứng sự xúc tác hình thành liên kết peptide 123 GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG DỊCH MÃ: KÉO DÀI
Vị trí của các tRNA trên ribosome thay ñổi
Ribosome di chuyển 1 bộ ba theo chiều 5’ => 3’ của mRNA 124
Năng lượng ñược cung cấp từ sự thủy phân GTP GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG DỊCH MÃ: KÉO DÀI 125 GV. TS. Voõ Minh TríHÌNH THÀNH LIÊN KẾT PEPTIDE VÀ SỰ DỊCH CHUYỂN CỦA RIBOSOME TRONG DỊCH MÃ 126 GV. TS. Voõ Minh TríBA BƯỚC TRONG DỊCH MÃ: KẾT THÚC
Vị trí A của ribosome gặp codon kết thúc
Nhân tố kết thúc dịch mã RF (releasing factor) gắn vào 127
Thủy phân liên kết ester giữa peptide và tRNA
Hai tiểu phần ribosome tách ly và rời khuôn mRNA GV. TS. Voõ Minh TríBIẾN ðỔI SAU DỊCH MÃ (POST-TRANSLATIONAL MODIFICATION)
Biến ñổi cộng hóa trị: gắn thêm ñường, phosphate, methyl
Biến ñổi không cộng hóa trị: Gắn với một hợp chất phân tử lượng nhỏ (tác nhân biến cấu) Gắn với một protein khác Tương tác với chaperon phân tử 128 ðỘT BIẾN (MUTATION) LÀM THAY ðỔI KIỂU GENE VÀ KIỂU HÌNH
ðột biến ñiểm: Thêm hoặc mất một nu: làm lệch khung dịch mã Thay thế nu này bằng nu khác: ñột biến lệch nghĩa (mis-sense), ñột biến trung tính (neutral) hay lặn (silent), ñột biến mất nghĩa (non-sense) Hồi biến (reverse mutation): ñột biến ñiểm trở lại nu ban ñầu
ðột biến mất ñoạn, thêm ñoạn, ñảo ñoạn, chuyển vị: GV. TS. Voõ Minh Trí 129 làm bất hoạt gen và mất khung dịch mã
Tần số ñột biến tự nhiên: ðột biến trong sao chép: 10-4-10-8/thế hệ ðột biến mất nghĩa: 10-6-10-8/thế hệ Chuyển vị gene: 10-4/thế hệ
Tác nhân gây ñột biến: tia xạ, hóa chất, sinh học ðỘT BIẾN (MUTATION) LÀM THAY ðỔI KIỂU GENE VÀ KIỂU HÌNHGV. TS. Voõ Minh Trí 130 ðỘT BIẾN (MUTATION) LÀM THAY ðỔI KIỂU GENE VÀ KIỂU HÌNHGV. TS. Voõ Minh Trí 131 GV. TS. Voõ Minh Trí ðIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE VÀ SỰ PHÁT TRIỂN
Hiện tượng ñiều hòa biểu hiện của gene
ðặc ñiểm cơ bản của sự ñiều hòa biểu hiện của gene ở prokaryote và eukaryote
Các mức ñiều hòa sự biểu hiện của gene 132
Kiểm soát dương và kiểm soát âm ở prokaryote
Cấu trúc protein ñiều hòa
ðặc ñiểm kiểm soát phiên mã của gene ở eukaryote
ðiều hòa biểu hiện của gene trong biệt hóa và phát triển GV. TS. Voõ Minh TríHIỆN TƯỢNG ðIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE
ðáp ứng thích nghi của tế bào, cá thể về hình thái, sinh lý, sinh hóa ñối với sự thay ñổi của môi trường
Sự biểu hiện nối tiếp, có chương trình của các gene ở vi sinh vật 133
Sự biệt hóa thành nhiều tế bào có chức năng khác nhau trong cơ thể ña bào bậc cao GV. TS. Voõ Minh TríðẶC ðIỂM BIỂU HIỆN CỦA GENE Ở PROKARYOTE
Sự biểu hiện của gene ñáp ứng theo thay ñổi của môi trường 134
Hầu như không có biệt hóa GV. TS. Voõ Minh TríðẶC ðIỂM BIỂU HIỆN CỦA GENE Ở EUKARYOTE
Phương thức ñiều hòa phức tạp hơn và có sự biệt hóa 135 GV. TS. Voõ Minh TríCÁC MỨC ðIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE
Mức DNA: Thay ñổi cấu trúc bậc cao ðột biến, sắp xếp lại DNA
Mức phiên mã: tăng cường hay ức chế phiên mã tạo mRNA
Mức dịch mã: Tính ổn ñịnh và cấu trúc mRNA 136  Hiệu quả tổng hợp protein
Mức sau dịch mã: Hình thành cấu hình tự nhiên Chức năng và hoạt tính protein GV. TS. Voõ Minh Trí ðIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE MÃ HÓA ENZYME Ở MỨC PHIÊN MÃ, DỊCH MÃ VÀ SAU DỊCH MÃ 137 GV. TS. Voõ Minh TríðIỀU HÒA SỰ TỔNG HỢP ENZYME VÀ HOẠT TÍNH ENZYME 138 GV. TS. Voõ Minh Trí BIẾN ðỔI SAU DỊCH MÃ BẰNG CƠ CHẾ BIẾN CẤU (BIẾN ðỔI LẬP THỂ) 139 GV. TS. Voõ Minh TríðIỀU HÒA PHIÊN MÃ Ở PROKARYOTE: KIỂM SOÁT ÂM (NEGATIVE CONTROL)
Liên quan tới repressor và operator
Khi repressor gắn vào operator => không tạo mRNA
Repressor ñược ñiều hòa sau dịch mã => trạng thái có hoạt tính và không có hoạt tính: 140 Repressor ñược hoạt hóa bởi Effector và gắn vào operator: sự biểu hiện của trp operon bị ức chế (repression) bởi tryptophane Repressor bị bất hoạt không gắn vào operator: sự biểu hiện của lac operon ñược cảm ứng (induction) bằng lactose XÚC TÁC SỰ THỦY PHÂN LACTOSE BỞI β-GALACTOSIDASE 141 GV. TS. Voõ Minh TríKIỂM SOÁT ÂM SỰ BIỂU HIỆN CỦA OPERON LACTOSE 142 GV. TS. Voõ Minh TríKIỂM SOÁT ÂM SỰ BIỂU HIỆN CỦA OPERON TRYPTOPHANE 143 GV. TS. Voõ Minh Trí ðIỀU HÒA PHIÊN MÃ: KIỂM SOÁT DƯƠNG (POSITIVE CONTROL)
Liên quan tới activator và activator-binding site (hoặc enhancer)
Activator gắn vào enhancer => tăng cường tạo mRNA
Activator ñược ñiều hòa sau dịch mã: trạng thái có 144 hoạt tính và không có hoạt tính
Activator ñược hoạt hóa bởi effector (cAMP) ñể gắn vào activator-binding site: trường hợp lac operon, mal operon GV. TS. Voõ Minh TríðIỀU HÒA KIỂM SOÁT DƯƠNG Ở lac OPERON 145 GV. TS. Voõ Minh TríðIỀU HÒA KIỂM SOÁT DƯƠNG Ở lac OPERON 146 GV. TS. Voõ Minh TríðIỀU HÒA KIỂM SOÁT DƯƠNG Ở mal OPERON 147 GV. TS. Voõ Minh TríVAI TRÒ CỦA ACTIVATOR TRONG KIỂM SOÁT DƯƠNG 148 GV. TS. Voõ Minh Trí TƯƠNG TÁC GIỮA PROTEIN VÀ NUCLEIC ACID
Tương tác không chuyên biệt: histone-DNA
Tương tác chuyên biệt: protein là dimer, mỗi monomer gắn vào một trình tự xác ñịnh trên một sợi DNA 149
ðặc ñiểm của trình tự gắn protein: lặp lại ñảo ngược (trên một mạch) GV. TS. Voõ Minh Trí TƯƠNG TÁC GIỮA PROTEIN VÀ NUCLEIC ACID 150 GV. TS. Voõ Minh Trí ðẶC ðIỂM CẤU TRÚC CỦA DNA-BINDING PROTEIN
Cấu trúc bậc 2 (xoắn α-helix), phần ổn ñịnh cấu hình và phần chứa trình tự nhận diện (nơi gắn)
Xoắn-gập-xoắn (Helix-turn-helix motif)
Ngón tay gắn kẽm (zinc finger) 151
Dây kéo leucine (leucine zipper) GV. TS. Voõ Minh Trí MỘT SỐ CẤU TRÚC DNA BINDING PROTEIN 152 GV. TS. Voõ Minh Trí ðẶC ðIỂM ðIỀU HÒA PHIÊN MÃ Ở EUKARYOTE
Phương thức ñiều hòa phức tạp hơn
Promoter bao gồm: TATA box và UPE (upstream element)
Hầu hết các gene ñược ñiều hòa bởi ñồng thời nhiều trình tự ñiều hòa 153
ðiều hóa theo cơ chế kiểm soát dương bởi activator và các enhancer nằm cách xa về phía thượng lưu hoặc hạ lưu của promoter
ðiều hòa theo cơ chế kiểm soát âm bởi repressor và trình tự ñiều hòa (repressor-binding site) GV. TS. Voõ Minh Trí PROMOTER Ở PROKARYOTE VÀ EUKARYOTE 154 GV. TS. Voõ Minh Trí ENHANCER VÀ KIỂM SOÁT DƯƠNG Ở EUKARYOTE 155 GV. TS. Voõ Minh Trí 156 GV. TS. Voõ Minh Trí ðIỀU HÒA SỰ BIỂU HIỆN CỦA GENE TRONG QUÁ TRÌNH BIỆT HÓA VÀ PHÁT TRIỂN
Các tế bào khác nhau ở cơ thể ña bào ñều có lượng DNA như nhau và có khả năng bắt cặp bổ sung với nhau
Các tế bào biệt hóa khác nhau có hàm lượng, chủng loại mRNA và protein khác nhau 157
Các gene ñược biểu hiện theo chương trình thời gian
Phiên mã là cơ chế chủ yếu của sự ñiều hòa biểu hiện của gene trong biệt hóa và phát triển GV. TS. Voõ Minh TríMỘT SỐ ENZYME CƠ BẢN DÙNG TRONG SINH HỌC PHÂN TỬ
DNA polymerase: Taq polymerase Pfu polymerase
Enzyme cắt hạn chế: Enzyme cắt ñầu dính 158 Enzyme cắt ñầu bằng
Enzyme nối DNA: T4 DNA ligase GV. TS. Voõ Minh TríTaq polymerase
DNA polymerase chịu nhiệt, nhiệt ñộ hoạt ñộng thích hợp ở 70-80oC
Chiết tách từ vi khuẩn Thermus aquaticus sống ở suối nước nóng
Tốc ñộ tổng hợp chuỗi oligonucleotide khoảng 159
ðược sử dụng ñể tổng hợp ñoạn DNA in vitro
Taq polymerase sẽ gắn các dNTP vào ñầu 3’OH của nucleotide nằm trong oligonucleotide dựa theo mạch khuôn 1000-1500nu/phút GV. TS. Voõ Minh TríTaq polymerase
Phản ứng ñược xúc tác bởi Taq polymerase phải có
Taq polymerase sẽ gắn thêm một nucleotide adenine (A), làm cho mạch mới tổng hợp sẽ dư một A so với mạch khuôn (75% sản phẩm PCR)
ðộ chính xác không cao (10-4 errors/bp) 160 ñầy ñủ các thành phần sau: Mạch DNA ñơn làm khuôn Mồi-là một ñoạn oligonucleotide ngắn (5-150 nu) phải bổ sung với mạch DNA khuôn  dNTP: dTTP, dATP, dGTP và dCTP Dung dịch ñệm chứa phần muối và pH thích hợp ñể duy trì hoạt tính của Taq polymerase GV. TS. Voõ Minh TríTaq polymerase - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5’-ATCGGCTACGGCCATGAGACTCCC///TTCCAAATCATAGCACTAGCTA-3’ 3’-TAGCCGATGCCGGTACTCTGAGGG///AAGGTTTAGTATCGTGATCGAT-5’ 5’-ATCGGCTACGGCCATGAGACTCCC///TTCCAAATCATAGCACTAGCTA-3’ 3’-TAGCCGATGCCGGTACTCTGAGGG///AAGGTTTAGTATCGTGATCGAT-5’ 5’-ATCGGC-3’ 3’-TGATCGAT-5’ 161 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5’-ATCGGCTACGGCCATGAGACTCCC///TTCCAAATCATAGCACTAGCTAA-3’ 3’-ATAGCCGATGCCGGTACTCTGAGGG///AAGGTTTAGTATCGTGATCGAT-5’ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5’-ATCGGCTACGGCCATGAGACTCCC///TTCCAAATCATAGCACTAGCTAA-3’ 3’-ATAGCCGATGCCGGTACTCTGAGGG///AAGGTTTAGTATCGTGATCGAT-5’ GV. TS. Voõ Minh TríPfu polymerase
Là DNA polymerase chịu nhiệt, nhiệt ñộ hoạt ñộng thích hợp ở 70-80oC
Chiết tách từ vi khuẩn cổ Pyrococcus furiosus sống ở suối nước nóng (nhiệt ñộ thích hợp 100oC )
Tốc ñộ tổng hợp chuỗi oligonucleotide khoảng 500-1000nu/phút 162
ðược sử dụng ñể tổng hợp ñoạn DNA in vitro
Pfu polymerase sẽ gắn các dNTP vào ñầu 3’OH của nucleotide nằm trong oligonucleotide dựa theo mạch khuôn GV. TS. Voõ Minh TríPfu polymerase
Phản ứng ñược xúc tác bởi Pfu polymerase phải có ñầy ñủ các thành phần sau (cũng tương tự Taq polymerase):
Pfu polymerase không gắn nucleotide vào ñầu 3’OH
ðộ chính xác cao (10-6 errors/bp) 163 Mạch DNA ñơn làm khuôn Mồi-là một ñoạn oligonucleotide ngắn (5-150 nu) phải bổ sung với mạch DNA khuôn  dNTP: dTTP, dATP, dGTP và dCTP Dung dịch ñệm chứa phần muối và pH thích hợp ñể duy trì hoạt tính của Pfu polymerase GV. TS. Voõ Minh TríPfu polymerase - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5’-ATCGGCTACGGCCATGAGACTCCC///TTCCAAATCATAGCACTAGCTA-3’ 3’-TAGCCGATGCCGGTACTCTGAGGG///AAGGTTTAGTATCGTGATCGAT-5’ 5’-ATCGGCTACGGCCATGAGACTCCC///TTCCAAATCATAGCACTAGCTA-3’ 3’-TAGCCGATGCCGGTACTCTGAGGG///AAGGTTTAGTATCGTGATCGAT-5’ 5’-ATCGGC-3’ 3’-TGATCGAT-5’ 164 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5’-ATCGGCTACGGCCATGAGACTCCC///TTCCAAATCATAGCACTAGCTA-3’ 3’-TAGCCGATGCCGGTACTCTGAGGG///AAGGTTTAGTATCGTGATCGAT-5’ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5’-ATCGGCTACGGCCATGAGACTCCC///TTCCAAATCATAGCACTAGCTA-3’ 3’-TAGCCGATGCCGGTACTCTGAGGG///AAGGTTTAGTATCGTGATCGAT-5’ GV. TS. Voõ Minh TríEnzyme cắt hạn chế
Là enzyme của vi khuẩn dùng ñể