Sinh học phân tử (molecular biology)

GV. TS. Voõ Minh Trí SINH HỌC PHÂN TỬ (MOLECULAR BIOLOGY) TRƯỜNG ðẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ðẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH 1 CBGD: GV.TS. Voõ Minh Trí NỘI DUNG 1. Giới thiệu 2. Cấu trúc và sự nhân bản của vật liệu di truyền 3. Biểu hiện gene 4. ðiều hòa biểu hiện gene GV. TS. Voõ Minh Trí 2 6. Enzyme dùng trong sinh học phân tử 5. Dụng cụ, thiết bị dùng trong sinh học phân tử 7. Một số phương pháp trong sinh học phân tử GIỚI THIỆU GV. TS. Voõ Minh Trí
Sinh học phân tử là gì?
Môn học tìm hiểu những hiện tượng sinh học ở mức ñộ phân tử: ñịnh nghĩa này khó phân biệt sinh học phân tử với sinh hóa (biochemistry).
Môn học nghiên cứu cấu trúc và chức năng của gen ở mức ñộ phân tử.
Trong lịch sử, sinh học phân tử phát triển từ môn 3 di truyền học và sinh hóa học.
ðiểm bắt ñầu của sinh học phân tử từ những thí nghiệm di truyền của Mendel từ giữa thế kỷ 19.
Di truyền tính trạng
Sinh học phân tử ra ñời vào 1944 khi thành phần hóa học của gen ñược khám phá. GV. TS. Voõ Minh Trí 4 GV. TS. Voõ Minh Trí CẤU TRÚC VÀ SỰ NHÂN BẢN CỦA VẬT LIỆU DI TRUYỀN
Phát hiện và vị trí của DNA trong tế bào
DNA là vật liệu di truyền
Thành phần và cấu trúc DNA 5
Cơ chế sao chép
Cơ chế sửa sai và bảo vệ DNA GV. TS. Voõ Minh Trí PHÁT HIỆN VÀ VỊ TRÍ CỦA DNA TRONG TẾ BÀO
1896 Friedrich Meischer ñã phân lập DNA từ tinh trùng cá và mủ từ vết thương.
Vì phân lập từ vùng nhân (nuclei), F. Meischer ñặt tên cho thành phần hóa học mới này là nuclein
Tên ñược ñổi thành nucleic acid, sau ñó là 6 deoxyribonucleic acid (DNA)
1914 Robert Feulgen phát hiện DNA nhuộm màu với thuốc nhuộm fuchsin GV. TS. Voõ Minh TríPhát hiện và vị trí của DNA trong tế bào 7 GV. TS. Voõ Minh TríVị trí của DNA trong tế bào 8 GV. TS. Voõ Minh Trí DNA LÀ VẬT LIỆU DI TRUYỀN
Thí nghiệm chứng minh hiện tượng biến nạp ở vi khuẩn của Griffith (1928)
Thí nghiệm chứng minh nhân tố gây biến nạp là DNA của Avery, Loeod, và Carty (1944) 9
Thí nghiệm xác ñịnh vật liệu do phage bơm vào vi khuẩn là DNA của Hershey và Chase (1952) GV. TS. Voõ Minh TríHIỆN TƯỢNG BIẾN NẠP Ở VI KHUẨN (Griffith)
Streptococcus pneumoniae: phế cầu khuẩn gây viêm phổi Chủng ñộc (S, smooth): khuẩn lạc trơn, gây chết chuột Chủng lành (R, rough): khuẩn lạc thô, không gây chết chuột 10 GV. TS. Voõ Minh Trí
ðun diệt chủng ñộc, tiêm vào chuột: chuột sống.
ðun diệt chủng ñộc, trộn với chủng lành, tiêm vào chuột: chuột chết.
Kết luận: tế bào chết chủng ñộc ñã truyền tính gây bệnh HIỆN TƯỢNG BIẾN NẠP Ở VI KHUẨN (Griffith) 11 cho chủng lành.
Biến nạp (transformation): Griffith: hiện tượng truyền tính gây bệnh từ vi khuẩn ñộc sang vi khuẩn lành. Sinh học phân tử hiện ñại: sự tiếp nhận DNA trần bởi tế bào nhận. GV. TS. Voõ Minh TríHIỆN TƯỢNG BIẾN NẠP Ở VI KHUẨN (Griffith) 12 GV. TS. Voõ Minh TríNHÂN TỐ GÂY BIẾN NẠP LÀ DNA (Avery, Loeod, Carty) 13 GV. TS. Voõ Minh TríNHÂN TỐ GÂY BIẾN NẠP LÀ DNA (Avery, Loeod, Carty)
Huyền phù chủng ñộc ñã bị ñun chết ñược trộn với các enzyme khác nhau trước khi trộn với chủng lành và tiêm vào chuột:
Xử lý với protease (thủy phân protein): chuột chết.
Xử lý với ribonuclease (thủy phân RNA): chuột chết.
Xử lý với endonuclease (thủy phân DNA): 14 chuột sống.
Trộn DNA từ chủng ñộc chết với chủng lành, tiêm vào chuột: chuột chết.
Kết luận: DNA là vật liệu di truyền ở hiện tượng biến nạp GV. TS. Voõ Minh Trí VẬT LIỆU DO PHAGE BƠM VÀO VI KHUẨN LÀ DNA (Hershey, Chase)
Sự xâm nhập và nhân bản bacteriophage ở vi khuẩn 15
Nuôi cấy bacteriophage GV. TS. Voõ Minh TríSỰ XÂM NHẬP VÀ NHÂN BẢN BACTERIOPHAGE Ở VI KHUẨN
Bacteriophage (phage, thực khuẩn thể): vi rút của vi khuẩn
Phage T2: Vỏ protein bên ngoài DNA bên trong
Phage T2 xâm nhiễm vi 16 khuẩn E. coli Gắn lên bề mặt vi khuẩn Chuyển vật chất vào vi khuẩn Làm tan vi khuẩn và phóng thích các phage mới
Protein hay DNA ñược chuyển vào E. coli? GV. TS. Voõ Minh TríSỰ XÂM NHẬP VÀ NHÂN BẢN BACTERIOPHAGE Ở VI KHUẨN 17 GV. TS. Voõ Minh Trí 18 GV. TS. Voõ Minh Trí THÍ NGHIỆM CỦA HERSHEY VÀ CHASE (1952)
ðánh dấu protein của phage bằng 35S bằng cách nhiễm phage lên E. coli ñược nuôi trong môi trường có chứa chất dinh dưỡng 35S
Phage ñược sinh ra có protein mang 35S 19 GV. TS. Voõ Minh Trí THÍ NGHIỆM CỦA HERSHEY VÀ CHASE (1952)
ðánh dấu DNA của phage bằng 32P bằng cách nhiễm phage lên E. coli ñược nuôi trong môi trường có chứa chất dinh dưỡng 32P
Phage ñược sinh ra có DNA mang 32P 20 GV. TS. Voõ Minh Trí THÍ NGHIỆM CỦA HERSHEY VÀ CHASE (1952)
Nhiễm phage ñã ñánh dấu 35S và 32P lên E. coli nuôi trong môi trường không chứa ñồng vị phóng xạ
Tách phần gắn của phage lên bề mặt E. coli bằng cách lắc mạnh
Ly tâm ñể làm lắng E. coli ở ñáy ống ly tâm 21
Thu E. coli ở cặn lắng (cặn ly tâm, precipitant) ñáy ống ly tâm và thu dịch không lắng (dịch nổi, supernatant) chứa phage GV. TS. Voõ Minh Trí THÍ NGHIỆM CỦA HERSHEY VÀ CHASE (1952) Tế bào E. coli (phần cặn) chứa 70% tổng 32P Dịch nổi chứa phage chiếm 80% tổng 35S
Xác ñịnh hàm lượng ñồng vị phóng xạ 35S và 32P ở phần cặn (chứa E. coli) và phần dịch nổi (chứa phage): 22 DNA của phage ñược chuyển vào trong tế bào E. coli, cho phép nhân bản tạo nhiều phage mới trong E. coli Vật chất di truyền của phage là DNA
Kết luận: GV. TS. Voõ Minh Trí THÍ NGHIỆM CỦA HERSHEY VÀ CHASE (1952) 23 GV. TS. Voõ Minh Trí THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC DNA
Thành phần hóa học và ñặc ñiểm DNA sợi ñơn
Mô hình cấu trúc DNA mạch ñôi Watson-Crick
ðặc tính ñối song song
Các cấu hình DNA 24
Cấu trúc bậc cao của DNA ở tế bào tiền nhân (prokaryote)
Cấu trúc bậc cao của DNA ở tế bào nhân thật (eukaryote) THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ðƠN PHÂN TRONG DNA VÀ RNA GV. TS. Voõ Minh Trí 25 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ðƠN PHÂN TRONG DNA VÀ RNA GV. TS. Voõ Minh Trí 26 GV. TS. Voõ Minh Trí 27 SỰ HÌNH THÀNH NUCLEOSIDE VÀ NUCLEOTIDE GV. TS. Voõ Minh Trí 28 CÁC DẠNG NUCLEOTIDE MONOPHOSPHATE TỪ ADENINE: AMP, cAMP GV. TS. Voõ Minh Trí 29 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ðƠN PHÂN TRONG DNA VÀ RNA GV. TS. Voõ Minh Trí 30 Các dạng deoxyribonucleotide THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA ðƠN PHÂN TRONG DNA VÀ RNA GV. TS. Voõ Minh Trí 31 Các dạng ribonucleotide PHÂN LOẠI NUCLEOTIDE VÀ NUCLEIC ACIDGV. TS. Voõ Minh Trí 32 SỰ TẠO THÀNH PHÂN TỬ POLY-(RIBO)NUCLEOTIDE BẰNG LIÊN KẾT PHOSPHODIESTER GV. TS. Voõ Minh Trí 33 SỰ SẮP XẾP BASE, RIBOSE VÀ PHOSPHATE TRONG MẠCH NUCLEIC ACID GV. TS. Voõ Minh Trí
Khung: mạch ribose và liên kết phosphodiester
ðầu chứa gốc phosphate tự do: ñầu 5’ phosphate (ñầu 5’)
ðầu chứa gốc hydroxyl tự do: ñầu 3’ hydroxyl (ñầu 3’) 34
Các base gắn vuông gốc với mặt phẳng ñường ribose
Mạch nucleic acid có tính ñịnh hướng LIÊN KẾT HYDROGEN GIỮA CÁC CẶP BASE PURINE-PYRIMIDINE TRONG NUCLEIC ACID MẠCH KÉP GV. TS. Voõ Minh Trí 35 TÍNH ðỐI SONG SONG CỦA HAI MẠCH TRONG PHÂN TỬ DNA GV. TS. Voõ Minh Trí 36 MÔ HÌNH DNA KÉP CỦA WATSON-CRICK (1953) GV. TS. Voõ Minh Trí 37 CÁC CẤU HÌNH CỦA DNA TRONG TẾ BÀO GV. TS. Voõ Minh Trí
DNA tồn tại ở nhiều cấu hình khác nhau: Bán kính phân tử (r) Khoảng cách giữa 2 nucleotide (h) Các cặp nucleotide/vòng 38 xoắn (n)
Dạng B: trong ñiều kiện sinh lý bình thường
Các dạng khác (A, C,…, Z): các ñiều kiện môi trường, nội môi trường 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) Vù