Di truyen va co so phan tu cua di truyen

Sự tổng hợp DNATopoisomerase làm giãn xoắn DNA Helicase tháo xoắn, tách sợi đôi DNA thành hai sợi đơn Protein bám sợi đơn SSB protein bám lên mỗi sợi đơn, ổn định khuôn Primase tổng

Cơ sở phân tử của di truyền học

Sinh học đại cương

Mạch đơn của DNA

Các gốc đường của nucleotide liên kết với nhau bằng liên kết phosphodiester tạo nên khung

đường của DNA

Deoxyribonucleic Acid, DNA

DNA

mạch

kép

Sự liên kết bổ sung của Adenine với Thymine và

Guanine với

Cytosine

Cấu trúc không gian của DNA

Cấu tạo DNA, tổng quát

• DNA được tạo nên từ 4 loại nucleotide: A, T, G, C Số lượng: A = T, G=C.

• Thành phần đường của các nucleotide nối với nhau qua cầu nối phosphodiester tạo sợi polymer.

• A tạo 2 liên kết hydrogen với T; G tạo 3 liên kết

hydrogen với C Gọi là nguyên tắc bổ sung tạo nên

phân tử DNA mạch kép.

• DNA xoắn kép có đường kính 2 nm, mỗi bước xoắn có chiều dài 3.4 nm chứa 10 cặp Nucleotide.

Các giả thiết về tổng hợp DNA

Mô hình

Mô hình bán bảo

toàn

Thí nghiệm kiểm tra giả thuyết

14 N (đồng vị nhẹ)

Mẫu DNA được ly tâm sau lần tái bản thứ nhất

Mẫu DNA được ly tâm sau lần tái bản thứ hai

Tỷ trọng thấp

Tỷ trọng cao

Kết quả của thí nghiệm kiểm tra giả thuyết

Mô hình bảo toàn

Mô hình phân tán

Mô hình bán bảo

toàn

Tái bản một

lần Tái bản hai lần Các dự đoán

Sự tổng hợp bán bảo tồn của DNA

Sự tổng hợp bán bảo tồn của DNA

tắc bán bảo tồn

Chạc sao chép

Hai mạch mới

tổng hợp (con)

Tổng hợp DNA ở tế bào nhân chuẩn

Điểm khởi đầu Phân tử DNA sợi đôi

Mạch làm khuôn (mẹ) Mạch mới tổng hợp (con)

Bóng sao chép Chạc sao chép

Hai mạch mới tổng hợp (con)

Ảnh TEM của các bóng sao chép DNA ở nhân

thực và vi khuẩn

Sự tổng hợp DNA

Topoisomerase

làm giãn xoắn

DNA

Helicase tháo xoắn,

tách sợi đôi DNA

thành hai sợi đơn Protein bám sợi đơn (SSB

protein) bám lên mỗi sợi đơn, ổn định khuôn

Primase tổng hợp đoạn mồi RNA bổ sung

Mồi RNA

Tổng hợp DNA

Tổng hợp

DNA

Nucleotide triphosphate kế tiếp

hợp DNA

Sau khi mồi RNA được tổng hợp, DNA Pol III bắt đầu tổng hợp sợi dẫn đầu

Điểm khởi đầu tái bản

Sợi dẫn đầu tiếp tục được kéo dài khi chạc sao chép

được mở thêm ra

Sợi khuôn (mẹ)

Mồi RNA Protein kẹp trượt DNA Pol III

Sự tổng

hợp dẫn

đầu

Sự tổng

hợp sợi ra

chậm

Mồi RNA cho đoạn 1

Primase tổng hợp đoạn mồi RNA

DNA Pol III thêm DNA nucleotide vào sau đoạn mồi, tổng hợp nên đoạn

Okazaki 1

Khi gặp đoạn mồi tiếp theo, DNA Pol III dời đi

Đoạn Okazaki 1 Sợi khuôn

(mẹ)

Sự tổng hợp sợi ra chậm

Mồi RNA cho

đoạn Okazaki 2

Đoạn Okazaki 2 được gắn mồi

DNA Pol III thêm DNA nucleotide vào sau đoạn mồi và dời đi khi gặp mồi của đoạn

Okazaki 1

Đoạn Okazaki 2

DNA Ligase nối

hai đoạn Okazaki

liền kề

Chiều tái bản chung

Tổng quát sự tổng hợp DNA

Tổng quát tổng hợp DNA

1 Topoisomerase làm giãn xoắn DNA

2 Helicase tháo xoắn, tách sợi đôi DNA thành hai sợi

đơn

3 Protein bám sợi đơn (SSB protein) bám lên mỗi sợi

đơn làm ổn định khuôn

4 Primase tổng hợp đoạn mồi RNA bổ sung

5 DNA polymerase III tổng hợp DNA tiếp nối đoạn mồi;

Protein kẹp trượt theo sau DNA pol III

6 DNA pol I cắt bỏ mồi RNA và thay thế bằng các

nucleotide của DNA

7 DNA ligase nối các đoạn DNA mới tổng hợp

Tổng hợp DNA trong ống nghiệm

• Phản ứng tổng hợp DNA trong ống nghiệm được gọi

là PCR (polymerase chain reaction)

• Mồi được thiết kế bởi người nghiên cứu và được

tổng hợp hóa học (thường dài trên dưới 20 Nu, dạng DNA)

• Sợi đôi DNA được tách thành sợi đơn bằng nhiệt độ cao (94-95 0 C)

• Đoạn mồi bám lấy sợi đơn ở nhiệt độ thấp hơn

(khoảng trên dưới 55 độ C)

• DNA polymerase tổng hợp sợi đơn DNA mới (ở nhiệt

độ 72 0 C)

• Phản ứng được lặp lại từ 20-30 lần (20-30 chu kỳ)

Mã di truyền và sự tổng hợp

protein

• 61 bộ ba mã hóa cho 20 amino acids: có một

hoặc nhiều bộ ba mã hóa cho một amino acids

• Thứ tự của Nucleotide trong bộ mã cũng là mức

độ quan trọng của chúng.

Mã di truyền

là mã

bộ ba

Mã bộ ba, cách dịch mã

Các đặc tính của mã di truyền

• Mã di truuền không có dấu phảy, nghĩa là thông tin được đọc liên tục theo từng cụm bộ ba nucleotide một cách liên tục, không ngắt quãng.

• Thông tin được đọc theo một chiều nhất định, bắt đầu từ một điểm xác định.

• Mã di truyền mang tính phổ biến (universal), nghĩa là tất cả

mọi sinh vật đều dùng chung một loại mã thông tin.

• Mã di truyền mang tính thoái hoá (degenerate), trừ hai

ngoại lệ AUG và UGG, nghĩa là có nhiều bộ ba cùng xác định

1 aa (thường các bộ ba thoái hoá có 2 nucleotide đầu giống nhau, chúng khác nhau ở nucleotide thứ ba).

• Mã di truyền có những bộ ba khởi đầu và bộ ba kết thúc

đặc hiệu AUG là tín hiệu khởi đầu, nếu nó không ở đầu 5’ của mRNA thì quá trình giải mã không bắt đầu được Các bộ

ba kết thúc là UAG, UGA, UAA.

Vai trò trung tâm của DNA

• DNA tái bản, và duy trì sự toàn vẹn qua các lần phân chia tế bào.

• Mã di truyền được sao lại trên phân tử RNA

thông tin (mRNA) qua quá trình phiên mã.

• Mã di truyền trên mRNA được dịch ra trình tự amino acids trên protein qua quá trình dịch mã

Tái bản

Cấu trúc gen

và sự tổng hợp protein ở vi khuẩn

Cấu trúc gen

và sự tổng hợp protein

ở nhân

chuẩn

Sự phiên mã

Sự phiên mã, tiếp

Sự khác biệt trong khởi đầu phiên mã

ở Nhân thật

Sự khác biệt trong khởi đầu phiên mã

ở Nhân thật

Sự khác biệt trong khởi đầu phiên mã ở

Nhân thật

Hoàn thiện mRNA

Sự cắt,

dán mRNA (chín hóa mRNA hay hoàn thiện

RNA)

Sự tương ứng của các exon

và các vùng trên protein

Dịch mã, vai trò của RNA vận chuyển

Cấu trúc của RNA vận chuyển (tRNA)

Cấu trúc RNA vận chuyển

Aminoacyl-tRNA synthetase, sự hoạt

hóa amino acids

Sự gắn amino acid lên tRNA

Aminoacyl-tRNA sẵn sàng cho tổng

hợp protein

Mô hình cấu tạo của ribosome

Tổng hợp protein tại Ribosome

Dịch mã, tổng quát

Sự tổng hợp đồng thời nhiều chuỗi polypeptide của một gen, Polyribosome

Sự tổng hợp đồng thời nhiều chuỗi polypeptide của một gen, Polyribosome

Hiện tượng phiên mã và dịch mã cùng

xảy ra đồng thời ở vi

khuẩn

Sự xác định vị trí của protein mới tổng

hợp ở Nhân chuẩn

Sự đột biến DNA (cấp độ phân tử)

• Đột biến điểm: mất hoặc thêm một Nu.

• Đột biến mất hoặc thêm 2 Nu.

• Đột biến thay thế

• Đột biến nhầm nghĩa

• Đột biến vô nghĩa

• Đột biến dịch khung

Sự điều khiển ngược trong tổng hợp

protein

Các điều kiện bên trong và bên ngoài tế bào

Khi sản phẩm của một con đường tín hiệu nào đó được tạo ra, thông thường sẽ là nhân tố ức chế con đường tín hiệu đó bằng cách ức chế một hay một số enzyme tham gia vào tổng hợp / phân hủy tạo ra chúng.

Điều khiển sinh tổng hợp

proteins

Cấu trúc gen và sự điều hòa

• Điều hòa âm tính (ức chế)

• Điều hòa dương tính (hoạt hóa)

• Điều hòa dương tính (tăng cường)

Vùng điều

hòa, gen

điều hòa Vùng khởi động, promoter Vùng mã hóa

Vùng vận hành, operator

Sự điều hòa biểu hiện gen ở Vi khuẩn

Cấu trúc Operon trong hệ gen của vi

khuẩn

• Các gen liên quan đến sinh tổng hợp một chất

nào đó được tập trung, nối tiếp nhau trên một

vùng của DNA (cụm gen).

• Cụm các gen được điều hòa (điều hòa phối hợp) bởi một vùng trình tự đặc biệt gọi là operator

(trình tự vận hành)

• Trình tự vận hành có thể nằm trên promoter

hoặc nằm giữa vùng promoter với vùng mã hóa.

• Gen điều hòa tạo sản phẩm điều hòa sự biểu

hiện của operon, nằm tách biệt khỏi operon và có promoter riêng.

Điều hòa sinh tổng hợp Tryptophan ở E coli

Operon Tryptophan ở E coli

• Gen điều hòa tổng hợp nên protein ức chế.

• Protein có chất đồng ức chế là tryptophan.

• Có tryptophan, tryptophan gắn lên protein ức chế và phức hệ này gắn lên vùng operator của operon.

• Khi không có tryptophan, protein ức chế bị bất hoạt, operon được mở và tạo nên các enzyme tổng hợp tryptophan.

Operon cảm ứng và sự điều hòa gen

âm tính; Operon lac ở E coli

Operon lac ở E Coli; sự điều hòa bởi chất

cảm ứng

Sự điều hòa dương tính, tăng cường

sự biểu hiện của gen

Operon lac ở E Coli; sự điều hòa

Sự điều hòa biểu hiện gen ở Sinh vật nhân

chuẩn

• Các gen của sinh vật nhân chuẩn có thể được điều hòa ở bất cứ giai đoạn nào.

– Ổn định cấu trúc của chất nhiễm sắc

– Điều hòa tổng hợp tiền mRNA qua các enhancer – Điều hòa sự chín hóa của tiền mRNA

– Phân hủy mRNA

– Biến đổi cấu trúc hóa học của protein trong quá trình hoàn thiện protein

– Phân hủy dạng hoạt động của protein

Từ DNA đến protein ở tế bào nhân

thực

Từ DNA đến protein ở tế bào nhân

thực

Cấu trúc Nucleosome

ở nhân thực

Sự biến đổi protein histon làm nới

lỏng chất nhiễm sắc

Cấu trúc gen của sinh vật nhân thực và

sự phiên mã

Enhancer và hoạt động của các yếu tố

phiên mã

Mô khác nhau có các yếu tố hoạt hóa phiên

mã khác nhau

Sự hoàn thiện mRNA theo các cách cắt

và nối khác nhau

Sự can thiệp của miRNA và siRNA

Sự tạo thành miRNA và phức hệ ức chế

dịch mã

Ví dụ về sự ức chế bởi siRNA trên gen tạo protein huỳnh quang xanh (GFP)

Hiển vi

quang học

Hiển vi

huỳnh quang

Sự phân giải các protein

Di truyền học quần thể

Các thuật ngữ của di truyền học quần

thể

• Tính trạng => kiểu hình

• Gen => kiểu gen

• Alen, Alen trội, Alen lặn

• Thuần chủng

• Lai một tính trạng

• Lai phân tích

• Lai trở lại

Các định luật Mendel

• Khi lai hai cơ thể thuần chủng khác nhau về một cặp tính trạng tương phản thì tất cả con lai F1 đều giống nhau và đều mang tính trạng trội (đồng tính)

• Khi cho lai hai cá thể dị hợp tử về một tính trạng thì

ở thế hệ con xảy ra sự phân tính với tỷ lệ xấp xỉ 3 trội : 1 lặn (về tổ hợp gen là 1 : 2 : 1) (phân ly)

• Khi cho lai hai cá thể thuần chủng khác nhau về hai hay nhiều cặp tính trạng thì sự di truyền của cặp tính trạng này không phụ thuộc vào cặp tính trạng khác (phân ly độc lập)