Sinh hoc phan tu

LỊCH SỬ VÀ PHÁT TRIỂN SINH HỌC PHÂN TỬ
Liên quan giữa di truyền học và sinh học phân tử

+Di truyền học là ngành học nghiên cứu cấu trúc và chức năng của gen.

+ Sinh học phân tử : nghiên cứu các hiện tượng và bản chất sinh học trên cơ sở phân tử. Do đó nó là nền tảng để nghiên cứu di truyền sinh hóa và các ứng dụng trong công nghệ sinh học hiện đại, công nghệ tái tổ hợp DNA.


2. Lịch sử phát triển của sinh học phân tử
+ Giai đoạn 1: năm 1988, với sự kiện du nhập vào tế bào trần cây lúa một plasmid có chứa gen “gus” đóng vai trò repoter thành công.
+ Giai đoạn 2: năm 1990, sử dụng thành công promoter “actin 1” của cây lúa và promoter “CaMV 35S” nhằm kích hoạt sự thể hiện gen rất tốt trong chuyển nạp gen.
+ Giai đoạn 3: Là giai đoạn tối ưu hóa sự thể hiện gen.
+ Giai đoạn 4: Là giai đoạn khám phá ra những gen tiềm năng.
+ Giai đoạn 5: Là giai đoạn khảo nghiệm cây trồng chuyển nạp gen trong nhà lưới.
CẤU TRÚC CỦA AXIT NUCLEIC
A. Khái niệm về gene
Gene là gì?
Năm 1930 nhà di truyền số lượng R.A Fisher định nghĩa gene theo hai khái niệm:
- Giải thích kết quả của sự chọn giống cây trồng.
- Là thành phần hóa học hoặc là phân tử.
B. Thành phần hóa học.
Nucleic acid
1.1 Deoxyribonucleic acid (DNA)
1.2 Ribonucleic acid (RNA)
2. Protein
2.1 Basic protein: Histone or protamine
2.2 Nonhistone
3. Lipids
C?u tr�c c?a acid nucleic
+ DNA (Deoxyribonucleic acid )
+ RNA (ribonucleic acid )
DNA và RNA thành phần hóa học phần lớn tương tự nhau, cấu tr�c sơ cấp là polymers và monomere, gọi là nucleotides.

Tế bào RNA sắp xếp chiều dài từ một trăm đến vài ngàn nucleotides. DNA có chiều dài vài trăm đến hàng triệu nucleotides. Khối lượng lớn DNA quan hệ với protein, ngu?i ta g?i d� lă tuong tâc DNA-protein.
Polymerization của nucleotides
DNA và RNA bao g?m b?n nucleotides khâc nhau. T?t c? nucleotides c� chung m?t c?u tr�c:
+ M?t nh�m phosphate liín k?t b?i m?t pentose (c� 5 phđn t? du?ng carbon) mă ch�ng lă base v� co.
+ Đối với RNA pentose là ribose,
+ Đối với DNA pentose là deoxyribose .
+ Giữa DNA và RNA khác nhau một trong bốn base giữa hay polymer .
+ Các base adenine, guanine, và cytosine tìm thấy trong DNA và RNA, Thymine tìm thấy chỉ trong DNA và Uracil tìm thấy trong RNA. Các base thường dược viết tắt như sau : A, G, C, T và U theo thứ tự . Hình 1
Đối với DNA pentose là deoxyribose
Đối với RNA pentose là ribose
Hình 1: Cấu trúc chung của nucleotides :
(a)�� Cấu trúc hóa học của adenosine 5 ` monophosphate (AMP), một nucleotide hiện diện trong RNA. Tất cả nucleotides có gốc phosphate, chứa 3 nhóm phosphate liên kết 5` hydroxyl của đường pentose
(b)�� Ribose và deoxyribose
Hai kiểu pentose được tìm thấy trong acid nucleic.
Trong DNA là pentose : 2-deoxyribose.
Trong RNA là ribose
Các base acid nucleic acid là thành phần heterocyclic với sợi dài có chứa nitrogen và carbon. Adenine và guanine là purine . Cytosine, thymine và uracil là pyrimidine có chứa sợi đơn . Hình 2
Nucleotids có thể mang P vị trí 5 hoặc 3
Vị trí 5` là đoạn cuối của triphosphate với 3`- nhóm OH
Tổng hợpAcid nucleic xảy ra bởi cộng 5` monophosphate và một nuleoside triphosphate tới 3`-OH của chuỗi polynucleotide
Phản ứng trong 5` của triphosphate với 3`- OH cuối của polynucleotite. Một khối được thành lập từ ? phosphate, và 2 phosphate ?, ? được phóng thích thành: pyrophosphate
Từng cặp A-T và G-C
Nucleotide


Nhóm Phosphate Nucleoside


2-deoxy D ribose Nitrogen bases


Purines Pyrimidines


a.Adenine a. Thymine
b. Guanine b. Cytosine
Thành phần và cấu trúc hóa học DNA
Thành phần hóa học của DNA
CẤU TRÚC CỦA DNA
Nam 1953: Watson và Crick đưa ra mô hình sợi đôi DNA (d?u 3-5 va ngu?c l?i)
Chi?u dài 34 A? , thể tích 20 A?
DNA chứa hai chuỗi polynucleotid và purine đối diện với pyrimidine
G luôn luôn giống với C, A luôn luôn giống với T
Tính chất của DNA

DNA là sơi� đôi
DNA có tính lập lại
Code di truyền được đọc là triplet
Đột biến trong chuỗi mã DNA
Tộ�c độ đột biến
Sợi xoắn đôi của DNA
Năm 1953 Jame D. Watson và Francis H.C.Rick phát hiện cấu trúc đôi của DNA dựa cơ bản của x-ray .
DNA bao gồm hai sợi polynucleotide quấn vào nhau hình thành một cấu trúc như diễn tả sợi xoắn đôi .
Quan sát cho thấy A gắn với T thông qua hai hydrogen ; G thì nối với C thông qua ba nối hydrogen .
Sự hiện diện hàng nghìn hydrogen trong DNA góp phần ổn định sợi xoắn đôi .
Thêm vào đó sự tương tác Hyrophobic và van der Waals cũng góp phần ổn định cấu trúc của DNA.


Hình 3: Hai hydrogen giữa A và T trong khi ba hydro giữa G và C
Nếu phân tử không xoắn thì cấu trúc hình bậc thang với đường và nhóm phosphate
Có 4 base Adenine đối với Thymine và Guanine thì đối ngược với cytosine
Một xoắn công (10 cặp base )
DNA có thể tách ra:
Trong quá trình lập lại của DNA và copy thành RNA, chuỗi xoắn tách ra với nhiệt dộ .
Trong quá trình tổng hợp DNA hai đoạn mới được tạo thành, kết quả hai chuỗi xoắn được thành lập nhờ một đoạn ban đầu.
Trong quá trình copy RNA được thành lập và phóng thích ra thành hai chuỗi DNA có tương quan lẫn nhau.
Hình 5: Sự tổng hợp và tách ra của sợi đôi DNA
Giai đoạn đun nóng
+DNA được đun nóng, năng lượng gia tăng, làm phá vỡ nối hydrogen và tách ra nhiều sợi đôi đây là thời kỳ làm chảy DNA, và dưới hấp thu tia UV để xem nồng độ DNA, sợi DNA thành sợi đơn, và lúc nầy bức sóng hấp thu gia tăng.

+ Phân tử chứa G.C đòi hỏi nhiệt độ cao hơn T.A bởi vì G.A chứa ba nối hydrogen, còn T.A chứa hai nối hydrogen

+ Kết quả sợi đơn DNA thành lập, nhiệt độ thấp hoặc gia tăng nồng độ ion hai đoạn DNA được bổ sung tạo thành sợi xoắn
+ Nhiều phân tử DNA là vòng tròn, trên genomic của prokaryotic và nhiều loại DNA là vòng tròn, vòng tròn DNA cũng xảy ra trong mitochondria mà đại diện là tế bào eukaryotic và trong diệp lục trên cây.

+ Hai chuỗi DNA tạo một chu trình khép kín không có đầu tự do.

+ Đối với DNA là sợi thẳng thì nhiệt độ hoặc pH kiềm làm phá hủy nối hydrogen và tương tác chúng với nhau. Không giống với DNA thẳng, tuy nhiên hai sợi vòng DNA có thể tách ra và nóng chảy tạo thành một sợi đơn
Hình 6: Chu kỳ tách của DNA
Hai sợi vòng DNA có thể tách ra và nóng chảy tạo thành một sợi đơn
Tách ra của DNA do nhiệt độ
Tách ra của DNA thành sợi đơn
Thiãút láûp Filter hybridization
Sự lập lại và tổng hợp của DNA
1. Kiãøu láûp laûi cuía DNA
Quaï trçnh láûp laûi DNA template DNA cuía cha meû
2.Deoxyribonucleosidetriphosphates (dATP,dGTP,dTTP,dCTP)
3.DNA polymerase xúc tác để tổng hợp tế bào con ( daughter DNA)
Cặp base cung cấp cơ chế cho quá trình lập lại của DNA
Lập lại của DNA
Lập lại DNA
Code di truyền đọc trong triples
Code di truyền được đọc trong ba nhóm nucleotide, mỗi nhóm hiện diện một amio acid. M?i mã trinucleotide gọi là codon
Code di truyền

Âäüt biãún coï thãø do hoïa hoüc
Đột biến của DNA sequencing
DNA là vật liệu di truyền
1992. H.J.Muller cho ràòng phán tæí laì váût liãûu di truyãön dæa trãn cå såí nhæ sau:
Phán tæí coï thãø tæû nhán âäi
Cáúu truïc phán tæí phaíi ráút äøn âënh, coï táön säú âäüt biãún tháúp
Khi coï sæû âäüt biãún thç phaíi láûp laûi nhæ ban âáöu
Phaíi chuyãøn thäng tin di truyãön tæì thãú hãû náöy sang thãú hãû khaïc
Thäng tin âæåüc dæû træî vaì mang âi hoàûc chuyãøn dëch thaình hoaût âäüng.

Một số nghiên cæïu cho ràòng váût liãûu di truyãön laì DNA khäng phaíi laì protein or lipid, sau âáy laì nhæîng chæïng minh:
-
1.Khám phá DNA
1928 : Griffith Thí nghiệm trên chuột: dùng vi khuẩn : Pneumococcus giết chết chuột, gđy sung ph?i

DNA
1.
2.
S: smooth)
R: Rough
Chứng minh DNA cung cấp vật liệu di truyền trong các hệ thống rất khác nhau .
1952, Hershey và Chase:
Phages T2 : là một virus được tiêm vào E. Coli
Vật liệu di truyền của phage T2 là DNA
Vi khuẩn được tiêm phages (labeled with p32 trong DNA ,và S35 trong protein

Võ của phage chứa 80% S35 , Vi khuân chứa 70% P32
Thế hệ phages có 30% P32 và <1% S35

Taïch voí phage vaì tiãm vaìo vi khuáøn

Thãú hãû âæåüc ly trêch
Tế bào thiếu gene TK không thể sản suất thymidine kinase và chết
Tế bào Eukaryotic đòi hỏi 1 kiểu hình mới , kết quả thêm DNA
Chết
Sống


Vài tế bào mang gene TK

DNA của phage đã xâm nhập vào tế bào vi khuẩn và sinh thế hệ phage mới
DNA của vi khuẩn và phage xem như là vật liệu đi truyền
Khi DNA được thêm vào quần thể của tế bào Eukaryotic thì tế bào mọc trong môi trường cấy .
Kỹ thuật Phân lập gen
DNA có thể được phân cắt bởi enzymes thành nhiều mãnh nhờ điện di
Phân cắt hai enzyme
Đoạn mã di truyền được tách ra bởi enzyme A, B
Vị trí của doạn được cắt trên gel




Đoạn cắt có thể sử dụng như marker di truyền
Thay đổi DNA có thể tách ra nhiều mãnh
Đa hình trong di truyền, với 4 alleles
B. CẤU TRÚC CỦA RNA
Cấu trúc của RNA đơn giản giống như DNA, tuy nhiên đường của RNA là đường ribose, uracil được thay thế cho thymine.
Có 3 nhóm RNA tham gia vào quá trình tổng hợp protein: mRNA, tRNA và rRNA.