Cơ sở phân tử của sự di truyền

TRƯỜNG ĐH NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINHKHOA NÔNG HỌCCƠ SỞ PHÂN TỬ CỦA SỰ DI TRUYỀN NHÓM BÁO CÁO: VÕ VĂN LÂM VŨ VĂN QUANG PHAN THỊ BÉ THI TRỊNH NGỌC HÀ NGUYỄN NGỌC DIỄM I.BẢN CHẤT CỦA VẬT LIỆU DI TRUYỀN Năm 1868 F. Miescher (nhà sinh hóa học Thụy Sĩ) đã phát hiện một loại acid nhân không chỉ có trong nhân tế bào mà còn có cả trong tế bào chất. Loại acid nhân do Miescher phát hiện là DNA (Deoxyribonucleic Acid). Năm 1944 vai trò mang thông tin di truyền của DNA mới được chứng minh lần đầu và đến năm 1952 mới được công nhận.   Sau đó người ta cũng khám phá ra tế bào trứng và tinh trùng chỉ có 1/2 lượng DNA so với tế bào dinh dưỡng. Các khám phá nầy đã đưa đến nhận định rằng DNA là chất liệu chính của gen. Thật ra thì nhiễm sắc thể chứa cả protein và DNA và do cơ cấu hóa học của protein rất phức tạp nên nhiều người nghĩ rằng chỉ có protein mới đủ sức mã hóa cho mọi thông tin di truyền ở sinh vật. 2) DNA LÀ VẬT LIỆU DI TRUYỀN Acid nucleic có 2 loại là desoxyribonucleic (DNA) và ribonucleic (RNA). Nhiều sự kiện gián tiếp cho thấy DNA là chất di truyền. A. Các chứng minh gián tiếp DNA có trong tế bào của tất cả các vi sinh vật, thực vật, động vật và là thành phần chủ yếu của nhiễm sắc thể,một cấu trúc mang nhều gen. Tất cả các tế bào dinh dưỡng của bất kỳ một loại sinh vật nào đều chứa một lượng DNA rất ổn định, không phụ thuộc vào sự phân hóa chức năng hoặc trạng thái trao đổi chất. Ngược lại, số lượng RNA lại biến đổi tùy theo trạng thái sinh lý của tế bào. Số lượng DNA tăng theo số lượng bội thể của tế bào. Ở tế bào sinh dục,thể đơn bội (n) số lượng DNA là 1, thì tế bào dinh dưỡng lưỡng bội (2n) có số lượng DNA gấp đôi. các tác nhân vật lý hay hóa học gây đột biến là tác nhân gây biến đổi DNA,không phải tác nhân gây biến đổi protein DNA có khả năng tự tái sinh,ổn đinh và liên tục. Đây là nững tính chất cơ bản quyết địnhtinhs chất di truyền của sinh vật DNA là bộ phận chính của tinh trùng tham gia thụ tinh với trứng B. Chứng Minh Trực Tiếp1)Thí nghiệm biến nạp DNA ( Transformation) Vi khuẩn Diplococcus pneumoniae có hai dạng: - Dạng S (gây bệnh): có vỏ bao tế bào bằng polysaccharid, ngăn cản bạch cầu phá vỡ tế bào và tạo khuẩn lạc láng trên môi trường agar. - Dạng R (không gây bệnh) không có vỏ bao tế bào bằng polysaccharid và tạo khuẩn lạc nhăn. Thí nghiệm: Thí nghiệm của Griffith Năm 1928 F. Griffith (nhà vi sinh vật y học người Anh) tiến hành các thí nghiệm với vi khuẩn Pneumococci gây bệnh sưng phổi (pneumonia). a. Tiêm vi khuẩn dạng S sống gây bệnh cho chuột, sau một thời gian nhiễm bệnh, chuột chết b. Tiêm vi khuẩn dạng R sống không gây bệnh cho chuột, chuột sống c. Tiêm vi khuẩn dạng S bị đun chết cho chuột, chuột sống d. Tiêm hỗn hợp vi khuẩn dạng S bị đun chết trộn với vi khuẩn R sống cho chuột, chuột chết. Trong xác chuột chết có vi khuẩn S và R. Hiện tượng biến nạp là một chứng minh sinh hóa xác nhận rằng DNA mang tín hiệu di truyền. Thí nghiệm biến nạp ở chuột 2) Sự xâm nhập của DNA virus vào vi khuẩn Năm 1952, A. Hershey và M. Chase tiến hành thí nghiệm với bacteriophage T2, xâm nhập vi khuẩn E.coli nhằm xác định xem phage nhiễm vi khuẩn đã bơm chất nào vào tế bào vi khuẩn: chỉ DNA, chỉ protein hay cả hai. Vật chất di truyền của phage là DNA Sự xâm nhập DNA của virus vào vi khuẩn Hiện tượng tải nạp cơ bản cũng giống hiện tượng biến nạp chỉ khác là sự chuyển DNA lại nhờ phage. Nhờ hiện tượng tải nạp nên đã tạo ra các tổ hợp gen mới tạo nên các biến dị giúp cho sinh vật tiến hóa. II. CẤU TRÚC PHÂN TỬ CỦA DNA 1. Cấu trúc hóa học : DNA (Deoxyricobnucleric acid) là một polimer (polynucleoticle) là những hợp chất cao phân tử,các đơn phân là các nucleotid,mỗi nucleotid gồm 3 thành phần. + Gốc Axit phosphoric H3PO4 + Đường 5 –desoxyribose + Các base nitric: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Timin (T) Tất cả các sinh vật đều có chung một cấu trúcDNA, tính đặc trưng AND ở mỗi loài thể hiện ở trình tự sắp sếp nucleoside và số lượng của chúng PURIN PYRIMIDIN Công thức cấu tạo của 4 loại nucleotid Sự bắt cặp bổ sung của các base của hai mạch đơn Một phần của phân tử ADN 2. Cấu trúc không gian của DNA: Mô hình của Watson & Crick Cấu trúc phân tử DNA theo mô hình do watson & Crick đề nghị có ba đặc tính quan trọng: đối song,bổ sung và xoắn ốc Mô hình dạng B Mô hình dạng Z Các loại DNA: Ngoài DNA dạng B, còn nhiều dạng xoắn phải khác (A, C, D, Z ...). Điển hình mô hình dạng B của Watson-Crick, là dạng xoắn phải với trục đều. Mô hình dạng Z là dạng xoắn trái với trục không đều. III. CẤU TRÚC PHÂN TỬ CỦA ARN Về mặt cấu trúc, ARN cũng được cấu tạo từ các nucleotid, giống như trong sợi đơn của phân tử ADN. Mặc dù ARN và ADN là những hợp chất rất giống nhau, nhưng chúng vẫn khác nhau ở 3 điểm quan trọng : 1) Ðường của ARN là riboz trong khi đường của ADN là deoxyriboz. 2) ARN có Uracil trong khi ADN có Timin 3) ARN thường là sợi đơn trong khi ADN thường là sợi đôi. CÓ BA LOẠI ARN ARN thông tin (mARN) RNA thông tin làm nhiệm vụ truyền đạt thông tin di truyền từ DNA đến protein. mARN chiểm khoảng 5%-10% tổng số RNA tế bào. mRNA ở eukaryote 2. ARN vận chuyển (tARN) Năm 1957 M. Hoagland & CSV (ở Harvard) đã phát hiện ra ARN vận chuyển và mỗi tARN vận chuyển một acid amin, Số lượng tARN chiếm khoảng 15% tổng số ARN. 3. ARN ribô thể (rARN) Mỗi ribô thể gồm hai bán đơn vị lớn và nhỏ, mỗi bán đơn vị là một phức hợp của rARN, enzim và protein cấu trúc. rARN chiếm khoảng 75% tổng ARN trong tế bào  IV. SỰ TỔNG HỢP PROTEIN TRONG TẾ BÀO  1. Các yếu tố tham gia vào quá trình sinh tổng hợp prôtêin : mARN tARN - Ribôxôm - Nguyên liệu: 20 loại aa Các enzim gắn aa vào tARN tạo LK peptit, dịch chuyển ribôxôm - Năng lượng ATP,GTP.... 2. Quá trình tổng hợp :được chia làm 4 giai đoạn Giai đoạn 1: hoạt hóa acid amin AA + ATP + men => AA + AMP + men + PP Giai đoạn 2: gắn AA hoạt hóa vào tARN AA –ATP – men + tARN => AA – tARN + AMP + men Giai đoạn 3: tiến hành quá trình tổng hợp protid Mở đầu tổng hợp chuỗi polypeptid Kéo dài chuỗi polypeptid Kết thúc giai đoạn tổng hợp Giai đoạn 4: Mạch polypeptid tách ra khỏi Ribosome Quá trình tổng hợp diễn ra tương đối nhanh, hiệu suất cao, tinh vi và chính sác. V. SỰ ĐIỀU HÒA QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP PRÔTÊIN (Ở VI KHUẨN) 1.Thành phần của 1 Operon ) Ý NGHĨA QUÁ TRÌNH SINH TỔNG HỢP PROTEIN - Đổi mới các thành phần prôtêin trong tế bào. - Đáp ứng nhu cáöu sinh lý - sinh hóa của tế bào , cơ thể trong quá trinh phát triển . R(Regulator): gen điều hòa P(Promoter): gen khởi động O(Operator): gen chỉ huy G1,G2,G3: gen cấu trúc 2. Cơ chế điều hòa a) Điều hòa trấn áp (đồng hóa hay biến dưỡng) Là quá trinh tổng hợp nên các chất hữu cơ cho tế bào,cơ chế này đảm bảo cho tế bào tổng hợp các chất với số lượng vừa đủ b) Điều hòa cảm ứng (thái dưỡng hay dị hóa) Là quá trình phân giải chất hữu cơ để tạo năng lượng và chất cần thiết cho tế bào, cơ chế này ngược với quá trình trên. V. SỰ TÁI BẢN ADN 1. Chứng minh sự tự nhân đôi theo nguyên tắc bán bảo tồn - Nuôi E.coli nhiều thế hệ trên môi trường có nguồn nitơ đồng vị nặng N15. - Sau đó tế bào được chuyển sang môi trường chỉ chứa N14 nhẹ, mẫu các tế bào được lấy ra theo những khoảng thời gian đều đặn và chiết tách DNA. Kết quả: Thí nghiệm của Meselson và Stahl 2.Cơ chế của sự tái bản yếu tố cần thiết cho sự tái bản DNA cha mẹ: được dùng làm khuôn Các nucleotide: A,C,G,U ở dạng hoạt động nucleotide triphosphate:ATP,CTP,GTP,UTP. Các này sẽ cung cấp năng lượng cần thiết Các enzyme cần thiết cho sự tái bản, VD: helicase, protein SSB,DNA polymerase III,ligase,… b) Các giai đoạn của sự sao chép (gồm ba giai đoạn chính) Sự khởi đầu(initiation) Sảy ra khi RNA polymerase đính vào promoter DNA Sự kéo dài(elongation) Theo qui tắc bắt cặp,các nuleotide mới được đặt tuần tự dọc theo sợi DNA khuôn nhờ sự thành lập cầu nối hydrogen giữa các base. Sự kết thúc(termination) Khi sự sao chép đi tới điểm tận cùng của gen, thì sự sao chép hoàn thành Quá trình sao chép Nguyên tắc chung - DNA sao chép theo khuôn. Ưu điểm: + Chính xác hơn + Tiết kiệm được ezyme + Đạt hiệu quả nhanh - Sao chép theo nguyên tắc bán bảo tồn. - Quá trình tổng hợp DNA xảy ra đòi hỏi phải có “mồi” (primer) - Quá trình tổng hợp xảy ra theo chiều 5 - 3. Theo một cấu trúc phân tử từ nhỏ đến lớn ,từ đơn giản đến phức tạp.việc di truyền luôn được đảm bảo bởi các DNA & protein trong cấu trúc của gen,nhiều gen lại nằm trong một nhiễm sắc thể được lưu giữ trong nhân Xin cảm ơn sự theo dõi của GVHD và các bạn