Đề cương hướng dẫn học tập môn học Sinh học phân tử

Sinh học phân tử ĐỀ CƯƠNG HƯỚNG DẪN HỌC TẬP MÔN HỌC 1. Mục tiêu môn học : Giúp hiểu được cấu trúc cơ bản và chức năng của gen 2. Số đơn vị học trình : 3 LT + 2 TT 3. Đánh giá kết thúc môn: LT - 100 câu trắc nghiệm TT - Thực hành (6) và LT TH (4) Taøi lieäu tham khaûo CHUÛ YEÁU : Nguyễn Văn Thanh. Sinh học phân tử. NXB Giáo dục. 2007. CAÙC TAØI LIEÄU KHAÙC : Hồ Huỳnh Thùy Dương. Sinh học phân tử. NXB Giáo Dục. 1997 Swarbrick J. Pharmaceutical Gene Delivery Systems. Marcel Dekker Inc. New York. 2003 Lê Ðình Lương. Nguyên lý kỹ thuật di truyền. NXB Khoa học Kỹ thuật. 2001 Phạm Thành Hổ. Di truyền học. NXB Giáo Dục. 1998 Richard A. Harvey, Pamela C. Champe. Biochemistry. 3rd ed. Lippincott Williams and Wilkins, Baltimore. 2005 Richter, J. D. in Translational Control of Gene Expression (Hershey, J. W. B. , Mathews, M. B. , and Sonenberg, N., eds), Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY. 2000 Sambrook, J., Fritsch, E., và Maniatis, T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2 Ed., Vol. 3, Cold Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, New York. 1989 Smith C. A. and Wood E. J. Molecular biology and Biotechnology. Chapman & Hall. 1991 Strachan T and Read A. P. Human Molecular Genetics. Bios Scientific Publishers Ltd. 1996 NỘI DUNG CỦA MÔN HỌC goàm 8 baøi Bài 1. Nhập môn sinh học phân tử Bài 2. Sao chép ADN Bài 3. Các loại ARN Bài 4. Sự phiên mã và mã di truyền Bài 5. Sinh tổng hợp protein Bài 6. Điều hòa hoạt động gen Bài 7. Đột biến gen Bài 8. Các phương pháp phân tích ADN Bài 1. Nhập môn sinh học phân tử Mục tiêu: - Trình bày được lịch sử và phương pháp nghiên cứu sinh học phân tử - Nêu được mục tiêu và đối tượng môn học - Nắm được các thành tựu hiện đại do sinh học phân tử đem lại Lược sử Giai đoạn hình thành các tiền đề 1865, Gregor Mendel - Các quy luật di truyền và nhân tố di truyền (Gen) 1869, Frederic Miesher phát minh DNA (acid nucleic) 1910-1920, Morgan - Thuyết DI TRUYỀN NHIỄM SẮC THỂ ... Giai đoạn sinh học phân tử ra đời 1953, J. Watson, Fr. Crick: chuỗi xoắn kép DNA 1961, M. Nirenberg, J. Matthei: bộ mã di truyền đầu tiên 1961, F. Jacob và J. Monod: cơ chế di truyền điều hòa tổng hợp protein 1962, W. Arber: enzym cắt giới hạn trong tế bào vi khuẩn 1967, enzym ADN ligase được chiết xuất 1970, H. Smith chiết được enzym cắt giới hạn 1973, Kỹ thuật di truyền ra đời 2000, Giải trình tự bộ gen người Lược sử Năm 1865, Gregor Mendel  Các quy luật di truyền và nhân tố di truyền (= gen) Năm 1900, Di truyền học ra đời, phát minh lại các quy luật Mendel DI TRUYỀN HỌC MENDEL Vào năm 1868, Miescher, nhà sinh hóa học người Thụy Sĩ, phát hiện trong nhân tế bào bạch cầu một chất không phải protein và ông gọi là nuclein (chất nhân). Về sau thấy chất này có tính axit nên gọi là nucleic axit. Có hai loại là desoxyribonucleic axit (viết tắt là DNA) và ribonucleic axit (viết tắt là RNA). Chất mà Miesher tìm ra là DNA. Năm 1914, nhà bác học Đức R. Fulgen đã tìm ra phương pháp nhuộm màu DNA. Năm 1944, vai trò mang thông tin di truyền của DNA mới được chứng minh và đến năm 1952 mới được công nhận PHÁT MINH ADN Năm 1868, JF Miesher, nhà sinh hóa học người Thụy Sĩ, ở tuổi 25, đã tìm ra một chất acid từ nhân tế bào bạch huyết của mủ và đặt tên là nuclein, mà sau này gọi là nucleic acid Nếu Mendel được xem là cha đẻ của di truyền học cổ điển, thì Thomas Hunt Morgan (đại học Columbia) được xem là cha đẻ của di truyền học hiện đại. Morgan nghiên cứu về những biến đổi trong di truyền trên ruồi giấm (fruit fly) với tên khoa học là Drosophila melanogaster, năm 1904. THUYẾT DI TRUYỀN NHIỄM SẮC THỂ Năm 1910–1920, T.H.Morgan, Thuyết di truyền nhiễm sắc thể, chứng minh gen là một locus trên nhiễm sắc thể “information cannot be transferred back from protein to either protein or nucleic acid” Nature MÔ HÌNH CẤU TRÚC DNA CỦA WATSON-CRICK – Năm 1953, mô hình cấu trúc phân tử DNA của Watson-Crick đặt nền móng cho sự phát triển của SHPT – " Học thuyết trung tâm " của SHPT (Crick F. 1958; sửa đổi 1970, Baltimore và Temin) Watson và Crick với mô hình ADN năm 1953 (1921-1958) Ảnh chụp nhiễu xạ tia X với mẫu DNA M.H.F.Wilkins C«ng bè ®Çu tiªn vÒ Chuçi xo¾n kÐp DNA 1. Chương trình bộ gen người . Đầu năm 1990, dự án giải trình tự nucleotide bộ gen người (Human Genome Project – HGP), 3 tỉ USD, 15 năm . Viện sức khỏe Quốc gia Hoa Kỳ NIH phối hợp với Anh, Pháp, Đức, Trung Quốc và Nhật Bản (18 cơ quan khoa học lớn trên toàn thế giới trực tiếp tham gia chương trình) Nhóm Consortium (Liên hiệp các công ty) . chủ trì đầu tiên – J. Watson, sau - F.Collins BỘ GEN NGƯỜI Nhoùm thöù hai . 1998, Celera Genomics . Craig Venter chuû trì, ra ñôøi chaäm hôn nhöng ñaït keát quaû nhanh vôùi chi phí thaáp . Naêm 1967, C. Venter laøm y taù quaân y ôû VN Naêm 1998, nhôø soá voán 300 trieäu USD töø coâng ty Applied Biosystems, oâng laäp coâng ty tö Celera Genomics (Celera = taêng toác) BỘ GEN NGƯỜI BỘ GEN NGƯỜI 2. Bản phác thảo (the Draft) đầu tiên năm 2000 Ngày 26/6/2000, dưới sự chủ trì của Tổng thống Mỹ Bill Clinton và Thủ tướng Anh Tony Blair, Fr. Collins và C.Venter lần đầu tiên công bố về giải trình tự bộ gen người gần xong (99%) . là một kì công vĩ đại của loài người . còn hàng ngàn lỗ trống (gap) và nhiều sai sót nên nó được gọi là bản phác thảo (the Draft) . giúp định hướng khai thác nên còn gọi là bản phác thảo hành động (the Working Draft) Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Sinh học phân tử là một bộ phận của sinh học, khoa học về sự sống Đối tượng nghiên cứu: sự sống ở cấp độ phân tử, tập trung vào các khía cạnh về cấu trúc, sự sao chép và biểu hiện của gen; sự tương tác và chức năng sinh lý của ADN, ARN và sinh tổng hợp protein, các tương tác này được điều hòa như thế nào. Các khoa học khác như sinh học và hóa học, đặc biệt là di truyền học và hóa sinh cũng nghiên cứu sinh học ở mức độ phân tử, tuy nhiên thiên về chức năng sinh học của gen hay sản phẩm của gen hơn là chính các phân tử này Học thuyết trung tâm (Central Dogma) Francis Crick, 1958 “Thông tin khi đã chuyển sang protein thì không thể lấy ra lại được” Các phương pháp nghiên cứu Tạo dòng biểu hiện PCR Điện di gel Lai vết Southern (Southern, 1975, ADN), Northern Lai vết Western và hóa miễn dịch Những đóng góp lớn của shpt hiện nay Genomics: giải mã bộ gen và ngành hệ gen học Proteomics: phân tích biến động protein và ngành hệ protein học Tương tác của các protein Nhận diện protein Các kỹ thuật được sử dụng trong proteomics Genomics, proteomics và sự phát triển thuốc Pharmacogenomics và chiến lược phát triển thuốc Chiến lược chemogenomics để phát minh thuốc Sản xuất và sử dụng chip ADN Chuyển gen vào cây trồng Tin sinh học Công nghệ nano sinh học Genomics, proteomics và sự phát triển thuốc Pharmacogenomics và chiến lược phát triển thuốc Các lợi ích Cho các thuốc công hiệu hơn Cho các thuốc tốt hơn, an toàn hơn ngay từ đầu Xác định liều thuốc thích hợp bằng pp chính xác hơn Tiến xa trong sàng lọc bệnh Cải tiến trong phát minh, phát triển thuốc Giảm chi phí trong chăm sóc sức khỏe Chiến lược chemogenomics để phát minh thuốc Chip ADN . Lai chip ADN + sản phẩm phiên mã của genome cơ thể  các chấm ADN đổi màu tương ứng với mức độ hoạt động của những gen tương ứng trong cơ thể ở trạng thái và thời điểm nghiên cứu  kết luận được tình trạng bệnh lý của bệnh nhân . Công cụ chẩn đoán trong công nghiệp lên men vi sinh, trong y học dự phòng, trong kiểm dịch và an toàn thực phẩm và trong kiểm soát môi trường 20 x 40 mm, những chấm ADN thay cho transitor Chuyển gen vào cây trồng . Gen tăng cường khả năng kháng sâu bệnh  gen kháng sâu nhóm oxy/VIP,  gen kháng virus nhóm CP/Nbi,  gen kháng thuốc diệt cỏ nhóm bar . Thực vật có biểu hiện gen lạ giống như E. coli. . đưa gen sản xuất vaccin, gen sản xuất dược chất, các chất dinh dưỡng,… để cây trồng từ lương thực thực phẩm trở thành cây sản xuất dựơc liệu có giá trị kinh tế cao. caûi daàu  chaát giaûm ñau enkephalin,  khoai taây  serum albumin,  caây thuoác laù  globine maùu,  luùa  lysozyme vaø lactoferrin Chuyển gen vào cây trồng Tin sinh học - Bioinformatics các phương pháp khai thác nhanh ngân hàng dữ liệu, phân tích trình tự và cấu trúc ADN và protein xử lý phân tích số liệu, dự đoán vùng hoạt động, vùng ngưng nghỉ của bộ gen, phỏng đoán phản ứng tế bào đối với tác nhân ngoại sinh, thiết lập nên các cấu trúc phân tử có hoạt lực cao và định hướng phân hóa tế bào một cách hiệu quả. Một số thành tựu nổi bật của tin sinh học: . NMR đa chiều thiết lập cấu trúc không gian protein . FASTA so sánh trình tự gen và protein . BLAST Công nghệ tin sinh học 3 ngân hàng dữ liệu gen lớn nhất lưu trữ> 9 tỷ dữ liệu về gen World Gene Bank (Mỹ), EMBL (European Molecular Biology Laboratory - Châu Âu) JDDB (ADN Data Bank of Japan - Nhật bản) Công nghệ nano sinh học - Thu nhận những thông tin về hệ thống sinh học ở mức chấm lượng tử, tạo đầu dò kích thước nano tới kích thước một phân tử riêng rẽ dùng trong chẩn đoán bệnh - In situ mới cung cấp thông tin tốt hơn về chức năng tế bào - Vận chuyển và phân phối thuốc hoặc gen vào mô và tế bào thông qua việc khống chế kích thước hạt, hoạt hóa và giải phóng hoạt chất thuốc thông qua cơ chế và thiết bị bơm kích thước nano van tế bào và cơ quan nhân tạo