DT y1 chi tiet

Các protein SSB ngăn 2 sợi đơn kết hợp lại với nhau.ADN helicase gắn với ADN primase để tạo primosome thể khởi đầu.. Quá trình khởi đầu: Đầu tiên các yếu tố phiên mã transcription factor

Cơ sở phân tử của hiện

tượng di truyền

PGS TS Trần Đức Phấn

Mục tiêu

1 Trình bày được các bằng chứng minh acid nucleic là cơ sở phân tử của hiện tượng di

truyền.

2 Trình bày được đặc điểm của ADN, đặc

điểm của bộ gen.

3 Trình bày được phân loại ARN, các loại ARN trong tế bào

1 Bằng chứng chứng minh a nucleic là cơ sở vật chất của hiện tượng DT

Chuột chết

1.2 Bản chất của chất gây chuyển thể

Avery, Macleod và Mc Carty:

R + ADN của S + nuclease => R (không có hiện

tượng chuyển thể)

Kết luận: ADN của chủng S là chất gây chuyển thể

và ADN là vật chất mang TT DT từ S sang R

(1/1triệu)

1.3 Sù sinh s¶n cña phagi¬

1.4 ThÝ nghiÖm víi c¸c virus g©y bÖnh kh¶m thuèc l¸

Vá a + ARN b => bÖnh b.

Vá b + ARN a => bÖnh a.

1.5 ở Eukaryota

Chiết tách và định lượng ADN:

- Lượng ADN ở các TB sinh dưỡng = nhau

- Giao tử có ADN = 1/2 TB sinh dưỡng

Chuột chuyển gen:

- TN 1: tiêm ADN vào trứng chuột đã có mặt tiền nhân đực, khi tiền nhân đực và cái sát nhập nhau, ADN có thể gắn vào nhân của hợp tử.

10- 30% chuột thế hệ con có ADN tiêm vào trứng.

Gen ®­îc ghÐp truyÒn cho thÕ hÖ sau theo quy luËt DT tréi cña

Mendel

- H: polypurin LKÕt víi polypyrimidin, cã ®o¹n xo¾n 3

Z, H tham gia ®iÒu chØnh biÓu hiÖn gen

Acid nucleic

C u tróc ấ

c a ADN ủ

vµ ARN

Cấu tạo và đặc tính của ADN, ARN

Acid nucleic

ADN d¹ng H

¶nh hiÓn vi ®iÖn tö ADN

Đặc điểm của ADN:

- Nơi bảo quản, truyền Ttin DT Genome ở VK: 4 triệu

Bp, ở TB 1n: người 3 tỷ Bp E Coli 3000 gen, người

31.780 gen

- Có khả năng biến tính và hồi tính

- Có khả năng tái bản

ADN dài n base cú 4n trỡnh tự cú thể cú

- Trỡnh tự ADN của 1cơ thể chứa thụng tin DT đầy đủ

của cơ thể đú gọi là bộ gen (genome)

- Có khả năng phiên mã (T hợp ARN)

- Có thể bị ĐB, truyền ĐB cho thế hệ sau

- Độ lớn ADN không Lquan tiến hoá: 1 số Thvật, lưỡng cư ADN gấp trăm lần ADN người

§Æc ®iÓm cña bé gen:

- Prok chØ cã exon Euk cã gen trong nh©n vµ

ngoµi nh©n

- ADN cña Euk cã 3 lo¹i:

+ Tr×nh tù duy nhÊt m· ho¸ Pr: 10% bé gen

+ LÆp l¹i nhiÒu: 10- 15%; Lo¹i chuçi Nu ng¾n

(5-10 Bp) chiÕm ®a sè, cã hµng tr¨m triÖu copy; lo¹i

100 - 200 Bp Cn ng ch a râ ă ư

+ LÆp trung b×nh: 25- 40%; 100- 1000 Bp kh«ng sao m·, t¹o rARN, tARN.

- C¸c transposon:

ë VK cã nguån gèc ADN nh©n; ë Euk lµ ARN g¾n vµo nh©n nh­ c¸c retrovirus => gäi lµ retroposon

Retroposon cã 2 nhãm: nhãm tõ ARN TB

vµ nhãm tõ retrovirus.

- Gen gèi: calcitonin/neuropeptid

Cấu tạo: Đường C5H10O5, Acid H3PO4, Base: A, U, C, G, còn gặp Seudo U, inosin

RiboNu LKết nhau bằng PPhodiester

Chuỗi riboNu nối nhau = dieste qua a PPric giữa hai vị trớ 3' và 5' của 2 phõn tử đường kế cận Chuỗi đú gọi là polyriboNu và là cấu tạo bậc một của ARN

- Cỏc Ptử ARN cú 1 chuỗi đơn khoảng 50 - 6000 riboNu

- Ctạo bậc 2: nhiều Ptử ARN cú thể uốn, gấp khỳc tạo nờn cấu tạo bậc 2 chứa 2 chuỗi đơn nằm song song và cỏc riboNu liờn kết với nhau bằng Lkết hydro theo nguyờn tắc bổ sung A với U, G với C

Phân loại:

- ARN di truyền ở 1 số virus thực vật, ĐV và thể thực khuẩn, dạng đơn hay kép.

- 80%, t ng h p t rADN ổ ợ ừ

- Thµnh phÇn ch y u c a ribosom, cßn cã ty ủ ế ủ ở thÓ, lôc l¹p.

- 5- 10%, t ng h p t mADN ổ ợ ừ

- Độ dài: ở E coli 500 - 6000 Nu

- Prok 1 mARN có thể mã hoá vài chuỗi P, Không có intron

- Euk 1 mARN => 1P mARN tiền thân gắn thêm mũ 7 methylguanosin triphosphat vào 5' để bảo vệ chống

phân huỷ mARN, sau đó loại intron nối exon, cuối cùng gắn poly A vào đầu 3', đuôi poly A giúp mARN chuyển

ra tế bào chất và bảo vệ mARN trong quá trình dịch mã

V trí g n aa: là dãy CCA ị ắ ở đầu (3').

Đ i mã: có riboNu bổ sung mARN ố

- Cn ng: v n t i aa ă ậ ả đến ribosom, cùng mARN đặt

đúng aa M i Pt tARN ch Lk t v i 1 aa nh ỗ ử ỉ ế ớ ờ

aminoaxyl - tARN- synthetase, enzym này đặc hi u ệ

cho t ng aa ừ

- Cã > 60 lo i tARN; 20 aa, => 1 aa cã th do ạ ể vµi tARN

- Do tADN t ng h p, Prok cã 40 - 80 gen, Euk ổ ợ

520 - 1400 tïy SV

- tARN cã nh ng c u tróc h×nh vßng Vßng D ữ ấ (D loop) ch a dihydrouridin, vßng T ứ ψ C ch a ứ

base thymin, pseudouridin vµ cytozin

- tARN đượ c ph©n lo i d a trªn ạ ự độ dµi c a ủ

nh ng c u tróc h×nh vßng thay ữ ấ đổ i.

Sơ đồ cấu trúc ba chiều rARN 16S

Ph n 2 ầ

3 Chức năng của acid nucleic

3.1 Quá trình tái bản của ADN

Nguyên liệu: ADN khuôn, các nucleozit

triphosphat: dATP, dGTP, dTTP, dCTP, các protein gắn đặc hiệu và các enzym.

3.1.1 Sự tái bản ở Prokaryota

Tháo xoắn nhờ enzym topoisomerase I và topoisomerase II.

Sự tái bản ở Prokaryota gồm 3 GĐ:

Sự tái bản ở Prokaryota có 3 GĐ:

ADN helicase gắn với protein SSB để xác định vị trí bắt đầu mở xoắn Sau đó helicase được giải phóng Các protein SSB ngăn 2 sợi đơn kết hợp lại với nhau.ADN helicase gắn với ADN primase để tạo

primosome (thể khởi đầu) ADN helicase mở xoắn, primosome chuyển động trên sợi chậm (lagging

strand), trượt đến đâu ADN primase tổng hợp ARN mồi ở đó Đồng thời với quá trình mở xoắn, hai phân

tử ADN polymerase III giống hệt nhau, một gắn vào sợi nhanh (leading strand), một gắn vào sợi chậm

- GĐ kéo dài

ở sợi liên tục ADN polymerase III cùng 2

protein tạo 1 cái kẹp giữ cho ADN polymerase trượt trên sợi đơn khuôn, trượt đến đâu các Nu

được trùng hợp đến đó (theo chiều 5' → 3').

ở sợi gián đoạn ADN polymerase III xúc tác tổng hợp đoạn Okazaki Sợi chậm phải gấp

khúc để tổng hợp ADN xảy ra tại vài điểm

Các điểm cách nhau một khoảng 100 đến 200

Nu ở Euka và từ 1000 đến 2000 Nu ở VK

+ T¹i sîi liªn tôc tÝn hiÖu kÕt thóc sÏ b¸o hiÖu kÕt thóc tæng hîp

Nh÷ng protein tham gia t¸i b¶n ADN

3.1.2 Sự tái bản ở Eukaryota

Tương tự Prok nhưng có 1 số điểm khác:

- P tử ADN ở Euk lớn => tái bản bắt đầu ở nhiều

điểm

- Prok sự tái bản ADN do 3 ADN polymerase

Còn ở Euk do các loại ADN polymerase sau:

+ ADN polymerase α (ADN primase) tổng hợp ARN mồi cho mạch chậm Enzym này không có khả năng sửa sai

+ ADN polymerase β : chức năng giống ADN

polymerase I ở Prok., tổng hợp, sửa sai, hoàn

chỉnh mạch mới sau khi loại các ARN mồi

+ ADN polymerase γ được tìm thấy ở ty thể, chức năng chưa rõ.

+ ADN polymerase δ chức năng gần với ADN

polymerase III ở Prok.

+ ADN polymerase ε mới được phát hiện, vai trò chưa được rõ.

- Ngoài các ADN polymerase, sự tái bản ADN ở Euk còn có các protein hoạt hoá ADN

polymerase ε và δ , các nhân tố sao chép A và C (Replication Factor: RF-A, RF-C) cần cho hoạt

động của ADN polymerase α và δ

Mô hình tái bản ADN ở Eukaryota:

- ADN tháo xoắn nhờ topoisomerase và nhân tố sao chép A (RF-A)

- Mạch chậm ADN polymerase α tương tác với RF-A tổng hợp ARN mồi (10 Nu) Mồi này được nối dài thêm độ 20 Nu nhờ ADN polymerase α

kết hợp với RF-C

- Kháng nguyên trong nhân TB đang phân chia chặn ADN polymerase α lại => gắn ADN

polymerase δ và tổng hợp Okazaki

- ADN polymerase α được giải phóng sẽ được

chuyển lên mạch đối diện và tổng hợp liên tục

mạch mới

3.1.3 Tổng hợp ADN nhờ phiên mã ngư

ợc

Năm 1970 Baltimore, Temin đã phát hiện virus ARN (đầu tiên là virus gây K) có enzym ADN

trên khuôn ARN (enzym phiên mã ngược:

reverse transcriptase)

ADN polymerase phụ thuộc ARN

ARN ADN

3.2 Tổng hợp ARN (sự phiên mã)

3.2.1 Phiên mã ở Prokaryota

Prok chỉ có 1 loại ARN polymerase xúc tác tổng hợp các loại ARN

ARN polymerase: 500.000 KDa, lõi có α 2, β ,

β′ và ω ; chuỗi σ gắn tạm thời vào lõi cho

phép enzym gắn vào ADN khuôn ở vị trí thích hợp để khởi đầu phiên mã

Chuỗi σ khác nhau ở các VK: ở E coli σ 70 phiên mã ở đa số gen, nhưng chuỗi σ 28 khởi

đầu phiên mã cho 1 protein tham gia vào cấu tạo roi.

Khởi đầu phiên mã ở E coli

Hình thành siêu xoắn ADN dương (+) trước vùng phiên mã, siêu xoắn ADN âm (-) sau vùng phiên mã.

Kết quả: ARN mới được tổng hợp tách khỏi ADN

khuôn, ARN polymerase và ρ được giải phóng để thực hiện chu kỳ mới

3.2.2 Phiên mã ở Eukaryota

Prok chỉ có 1 loại ARN polymerase, ở Euk tổng hợp ARN do 3 loại ARN polymerase:

ARN polymerase I xúc tác tổng hợp các rARN

ARN polymerase II xúc tác tổng hợp mARN và ARN nhỏ ở trong nhân

ARN polymerase III tổng hợp các tARN, rARN 5S và một số ARN nhỏ trong nhân khác

Mỗi ARN polymerase có 2 tiểu đơn vị lớn và 6 - 10 tiểu đơn vị nhỏ Một số tiểu đơn vị nhỏ ở ARN

polymerase I và II cũng khác ở Prok Các ARN

polymerase ở Euk không có khả năng tự khởi động

phiên mã

3.2.2.1 Vùng khởi đầu và quá trình

khởi đầu phiên mã

Vùng khởi đầu ở Euk lớn hơn, phức tạp, đa dạng hơn

ở Prok Có "hộp TATA" nằm trước vị trí bắt đầu

khoảng 25 - 30 Nu

Quá trình khởi đầu:

Đầu tiên các yếu tố phiên mã (transcription factor = TF) như TFIID gắn vào hộp TATA Tiếp theo TFIIB

và sau là TFIIE, TFIIH và TFIIF gắn vào ARN

polymerase II ARN polymerase II trở nên hoạt động

và bắt đầu phiên mã

Khi yếu tố kích thích phiên mã gắn với vùng khởi đầu

sẽ làm tăng hiệu quả phiên mã

3.2.2.1 Vùng khởi đầu và quá

trình khởi đầu phiên mã

Vùng khởi đầu ở Euk lớn hơn, phức tạp, đa dạng hơn

ở Prok Có "hộp TATA" nằm trước vị trí bắt đầu

khoảng 25 - 30 Nu

Quá trình khởi đầu:

Đầu tiên các yếu tố phiên mã (transcription factor = TF) như TFIID gắn vào hộp TATA Tiếp theo TFIIB

và sau là TFIIE, TFIIH và TFIIF gắn vào ARN

polymerase II ARN polymerase II trở nên hoạt động

và bắt đầu phiên mã

Khi yếu tố kích thích phiên mã gắn với vùng khởi đầu

sẽ làm tăng hiệu quả phiên mã

3.2.2.2 Tạo mARN thuần thục

ARN polymerase

ADN mARN tiền thân => mARN

Khi được tạo thành, đầu 5' của ARN tiền thân được gắn thêm

“mũ” 7 methyl guanozin triphophat Mũ này bảo vệ ARN

không bị phân hủy Đầu 3' được thêm poly A (100 - 200) nhờ enzym poly A polymerase Đuôi poly A giúp mARN di chuyển

từ nhân ra bào tương và bảo vệ mARN trong quá trình dịch mã

=> nối các exon tạo mARN thuần thục

4 Đặc điểm của mã di truyền

- Mã là mã ba chữ.

- Mã có tính chất thoái biến: 1 aa do nhiều mã quy định, riêng tryp do 1 mã.

- Nu thứ ba trong mã là Nu dễ bị thay đổi.

- Mã có tính vạn năng (chung cho mọi SV).

- Có 1 mã mở đầu: AUG và 3 mã kết thúc:

UAG, UAA và UGA.

5.1 Sinh tổng hợp protein ở Prok 5.1.1 Hoạt hoá aa

aa mở đầu là N-formylMet (f-met) (mã AUG).

GĐ mở đầu có các yếu tố mở đầu IF (Initiation factor).

Đầu tiên 30S của ribosom kết hợp với IF3, rồi với mARN Tiếp theo f-met - tARN gắn với IF2 - GTP rồi gắn với IF3 - ribosom 30S - mARN để tạo phức hợp mở đầu

GĐ mở đầu kết thúc khi GTP => GDP + Pi và gắn với IF2

Ribosom 50S + 30S => ribosom 70S IF2 và IF3 được phóng thích, vai trò của IF1 chưa được rõ

H×nh

thµnh

phøc hîp

më ®Çu ë Prok

5.1.3 GĐ kéo dài chuỗi polypeptid

Có 3 bước, có các yếu tố kéo dài (Elongation factor: EF):

- Gắn aa-tARN vào vị trí A: aa-tARN gắn với yếu tố kéo dài EF-Tu-GTP Khi aa-tARN vào vị trí A thì

GTP => GDP + Pi, phóng thích EF-Tu khỏi ribosom

và aa-tARN chuyển sang vị trí P aa2-tARN vào vị trí

A có sự tham gia của EF-Ts

- Tạo cầu nối peptid: xúc tác bởi peptidyl transferase Hình thành cầu nối peptid giữa 2 aa, tARN được

phóng thích khỏi ribosom

- Chuyển vị: có tham gia của yếu tố kéo dài EF-G -

GTP GTP thủy phân => chuyển peptidyl - tARN từ vị trí A sang P Vị trí A trống, aa-tARN mới lại vào A Quá trình kết thúc khi mã kết thúc vào vị trí A

5.1.4 GĐ kết thúc

Khi 1 trong 3 mã UAA, UAG hoặc UGA ở vị trí A, aa - tARN không vào vị trí A nữa

Có yếu tố giải phóng RF (Release factor) tham gia

Mã UAA và UAG được RF1 nhận ra, còn mã UAA và UGA được RF2 nhận ra, vai trò RF3 chưa rõ; có thể nó kích thích RF1 và RF2

Enzym peptidyl transferase thủy phân liên kết nối chuỗi peptid và tARN ở vị trí P để phóng thích chuỗi peptid

Sự dịch mã kết thúc khi mARN tách khỏi ribosom,

ribosom phân tách thành những phân đơn vị

5.2 Sinh tæng hîp protein ë Euk

G§ kÐo dµi trong dÞch m· ë Euk: 1 G¾n aa-tARN vµo vÞ trÝ A; 2 H×nh thµnh liªn kÕt peptid; 3 ChuyÓn vÞ

6 Điều chỉnh sinh tổng hợp protein

β

nhân kích thích sản xuất enzym

- Ví dụ về hiện tượng kìm hãm

VK E coli khi môi trường không có tryptophan thì

tăng sản xuất enzym tổng hợp tryptophan, và ngược lại => tryptophan là tác nhân kìm hãm tổng hợp

enzym.tham gia

6.1.2 HĐ của operon trong cơ chế kích thích, có 2 trường hợp

Gen điều chỉnh sản xuất protein hoạt hoá

- T hợp 1: chất hoạt hoá hoạt động gắn với vị trí vận hành, ARN polymerase gắn với vùng khởi đầu => gen cấu trúc mở SX ra mARN

Khi chất gắn đặc hiệu gắn với chất hoạt hoá => chất hoạt hoá rời khỏi vị trí vận hành => gen cấu trúc đóng

- T hợp 2: chất hoạt hoá không hoạt động, chất gắn

đặc hiệu làm cho nó hoạt động gắn với vị trí vận hành

=> gen cấu trúc mở SX mARN

Khi chất gắn đặc hiệu bị lấy đi khỏi chất hoạt hoá => chất hoạt hoá không hoạt động rời khỏi vị trí vận hành

=> gen cấu trúc đóng

6.1.3 HĐ của operon trong cơ chế kìm hãm, có 2 trường hợp

Gen điều chỉnh sản xuất ra protein kìm hãm

- T hợp 1: chất kìm hãm hoạt động gắn với vị trí vận hành => gen cấu trúc đóng

Khi chất gắn đặc hiệu gắn với chất kìm hãm => chất kìm hãm rời khỏi vị trí vận hành => gen cấu trúc mở phiên mã ra mARN

- T hợp 2: chất kìm hãm không hoạt động => vị trí vận hành tự do, gen cấu trúc mở

Khi chất gắn đặc hiệu gắn với chất kìm hãm => chất kìm hãm hoạt động gắn với vị trí vận hành => gen cấu trúc đóng

HĐ operon trong cơ chế kìm hãm

Trường hợp 1

Trường hợp 2

6.2 Điều chỉnh sinh tổng hợp P ở Euk

Mục đích

Có nhiều điểm khác Prok

Các TB của 1 SV đều có 1 bộ gen giống nhau, nhưng tuỳ loại TB, tuỳ GĐ phát triển mà có một số nhỏ gen

6.2.2.2 Vùng kiểm soát biểu hiện gen có các thành phần:

- Vùng khởi đầu: dài vài kb Thường có “hộp TATA” ở khoảng 25-30 bp từ đầu 5’ tới vị trí bắt đầu và ‘’hộp

CCAAT” ở 75-80 bp từ đầu 5’ tới vị trí bắt đầu phiên mã,

“hộp" này làm tăng hiệu quả phiên mã.

- Vị trí gắn yếu tố kích thích phiên mã (enhancer): khi có yếu tố kích thích phiên mã => làm tăng quá trình phiên mã của những gen kề bên.

- Vị trí gắn yếu tố đặc hiệu mô: khi có P đặc hiệu mô => gen cấu trúc SX ra P đặc hiệu với từng mô.

- Vị trí bắt đầu phiên mã: còn gọi là "cap site"

- Vị trí gắn yếu tố đặc hiệu promotor khác: khi tương tác với các yếu tố đặc hiệu => điều hòa gen

CÊu tróc vµ biÓu hiÖn gen ë Euk

6.2.3 Điều chỉnh biểu hiện gen ở Euk

Có 6 bước:

1 Từ gen => mARN tiền thân: do yếu tố kiểm soát phiên mã

điều chỉnh, nó cho phép gen được phiên mã khi nào, như thế nào

2 Từ mARN tiền thân => mARN thuần thục: do yếu tố kiểm soát quá trình thuần thục hoá ARN điều chỉnh.

3 Vận chuyển mARN thuần thục từ nhân tới tế bào chất nhờ yếu tố kiểm soát vận chuyển ARN.

4 mARN => protein nhờ yếu tố kiểm soát dịch mã.

5 1 số phân tử mARN trong tế bào chất được giáng cấp nhờ yếu tố kiểm soát giáng cấp.

6 Protein được tổng hợp trở thành hoạt hóa hay bất hoạt nhờ yếu tố kiểm soát hoạt tính protein.

Rối loạn bất thường trong bước nào => bệnh phân tử.