Bài giảng y sinh học phân tử giảng viên bùi văn my tin biên soạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CỬU LONG KHOA KHOA HỌC SỨC KHOẺ BÀI GIẢNG HỌC PHẦN Y SINH HỌC PHÂN TỬ ThS BÙI VĂN MY TIN Vĩnh Long, 2020 MỤC LỤC Trang CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG SINH HỌC PHÂN TỬ 1.1 KHÁI NIỆM VÀ CẤU TRÚC GENENOME 1.2 Tính phức tạp genome 1.3 Thay đổi trật tự đoạn DNA genome-Transposon 1.3.1 Sự thay đổi trật tự đoạn DNA genome 1.3.2 Các yếu tố di truyền 1.4 Một số ứng dụng Tương tác T-DNA với genome Chương 2: ACID NUCLEIC VÀ PROTEIN .10 2.1 Nucleic acid 10 2.2 Protein 15 2.3 Lipid .20 2.4 Polysaccharide 21 2.5 Lý thuyết trung tâm sinh học phân tử .22 2.6 DNA mã di truyền 23 2.7 Tái DNA 26 A Chứng minh tái DNA theo chế bán bảo thủ 26 2.8 Cơ chế tái bán bảo thủ 26 2.9 Mô hình tái DNA-chạc ba tái 28 2.10 Bản chất xoắn DNA-Các giai đoạn tái .29 2.11 Mở xoắn .29 2.12 Kéo dài-Tổng hợp chuỗi Okazaki .29 2.13 Kết thúc 30 B PHIÊN MÃ .32 2.14 Các đặc điểm trình phiên mã 33 2.15 Các giai đoạn trình phiên mã 34 2.16 Phiên mã prokaryote 35 2.17 Quá trình phiên mã eukaryote 38 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP CHUẨN BỊ MẪU VÀ LY TRÍCH NUCLEIN ACID 49 3.1 Ly Trích DNA 49 3.1.1 Nguyên tắc 49 3.1.2 Kiểm tra DNA sau ly trích 50 Chương 4: KỸ THUẬT PCR .51 4.1.Phản ứng PCR .52 4.1.1 Nguyên lý 52 4.1.2 Chu kỳ PCR 52 4.2 Phương pháp giải trình tự DNA .53 4.3 PHƯƠNG PHÁP 54 LỜI MỞ ĐẦU Sinh học phân tử khoa học nghiên cứu tượng sống mức độ phân tử Phạm vi nghiên cứu mơn học có phần trùng lặp với số môn học khác sinh học đặc biệt di truyền học hóa sinh học Sinh học phân tử chủ yếu tập trung nghiên cứu mối tương tác hệ thống cấu trúc khác tế bào, bao gồm mối quan hệ qua lại trình tổng hợp DNA, RNA protein tìm hiểu cách thức điều hòa mối tương tác Hiện nay, sinh học phân tử sinh học tế bào xem tảng quan trọng công nghệ sinh học Nhờ phát triển công cụ sinh học phân tử enzyme cắt hạn chế, DNA ligase, vector tạo dòng, lai phân tử, kỹ thuật PCR sinh học phân tử ngày đạt nhiều thành tựu ứng dụng quan trọng Giáo trình sinh học phân tử cung cấp kiến thức cho sinh viên với nội dung sau: -Cấu trúc chức gen -Cấu trúc genome -Các trình tái bản, phiên mã dịch mã nguyên liệu di truyền -Điều hòa biểu gen -Sửa chữa bảo vệ gen -Tái tổ hợp chuyển gen CHƯƠNG I ĐẠI CƯƠNG SINH HỌC PHÂN TỬ Mục tiêu chương ➢ Trình bày khái niệm cấu trúc geneome ➢ Nêu số ứng dụng công nghệ gen 1.1 KHÁI NIỆM VÀ CẤU TRÚC GENENOME Nguyên liệu di truyền thể: 1) nhiễm sắc thể tế bào vi khuẩn (hoặc loại nhiễm sắc thể loại có mặt, ví dụ: nhiễm sắc thể lớn bé Vibrio cholerae), 2) DNA RNA virion, 3) nhiễm sắc thể với plasmid kết hợp (ví dụ: nhiễm sắc thể hai plasmid nhỏ vi khuẩn Buchnera) - Tất gen (khác nhau) tế bào virion - Bộ nhiễm sắc thể đơn bội genome đơn bội tế bào Chuỗi genome hoàn chỉnh(nghĩa trình tự hồn chỉnh nucleotide genome) cơng bố cho số lồi vi khuẩn Các trình tự khác cơngmbố, ví dụ genome cúc dại (Arabidopsis thaliana) genome người Genome chứa tồn thơng tin di truyền chương trình cần thiết cho thể hoạt động Ở sinh vật nhân thật (eukaryote), 99% genome nằm nhân tế b phần lại nằm số quan tử ty thể lạp thể Đa số genome vi khuẩ phần genome chứa quan tử thường có kích thước nhỏ dạng vịng khép kín Ngược lại, phần genome nhân thường lớn phân bố nhiễ sắc thể dạng thẳng Dự án genomelà dự án xác định cấu trúc di truyền xác genome thể sống, nghĩa trình tự DNA tất gen Dự án genome củamột số sinh vật mơ hình (model organisms) hồn thành sau: Các genome vi khuẩn Các trình tự hồn chỉnh genome Escherichia coliđã xác định theo phương thức tổ hợp/tập hợp (consortium) phịng thí nghiệm Năm 1995, hai trình tựgenome hồn chỉnh vi khuẩn Haemophilus influenza Mycoplasma genitaliumcũng hoàn thành Loài M genitalium có genome đơn giản (khoảng 580.067 base), dựa vào vật chủ để vận hành nhiều máy trao đổi chất Lồi H influenzaelà vi khuẩn đặc trưng hơn, có genome khoảng 1.830.121 base với 1.749 gen -Chuỗi genome hoàn chỉnh nấm men Saccharomyces cerevisiaeđã hoàn chỉnh năm 1996, nhờ consortium ph ịng thí nghiệm Genome chúng dài 12.146.000 base -Các dự án genome động vật như: chuột, cừu, lợn, giun trò (Caenorhabditiselegans), ruồi giấm (Drosophila melanogaster)…, thực vật như: lúa nước, lúa mì, ngơ, táo, cúc dại…, mà bật số dự án genome người thực 1.1.1.Thành phần đặc điểm genome Genome chứa thông tin di truyền đặc trưng cho lồi, chí cho cá thể lồi Genome bao gồm phân tử DNA RNA Đối với sinh v ật bậc cao, kích thước genome thay đổi từ 109bp (động vật có vú) đến 1011bp (thực vật) Khác với tế bào tiền nhân (prokaryote), gen genome eukaryote thường tồn nhiều thường bị gián đoạn đoạn mã mù khơng mang thơng tinditruyền (các intron) Vì vậy, vấn đề quan tâm cần phải biết số lượng gen khác có mặt genome số lượng gen hoạt động loại mô, giai đoạn phát triển tỷ lệ gen so với kích thước genome 1.1.2 Genome quan tử Hầu hết genome quan tử, khơng phải ln ln, có dạng phân tửDNA mạch vòng đơn chuỗi Genome quan tử mã hóa cho số, khơng phải tất cả, protein tìm thấy quan tử Do có nhiều quan tử tế bào, có nhiều genome quan tử tế bào Mặc dù thân genome quan tử Nhưng cấu tạo gồm chuỗi lặp lại liên quan với chuỗi không lặp lại nhân Về nguyên tắc, gen quan tử phiên mã dịch mã quan tử 1.1.3 Genome ty thể DNA ty thể (mitochondrial DNA-mtDNA) genome độc lập, thường mạch vòng, định vị ty thể DNA ty thể tế bào động vật mã hóa đặc trưng cho 13 protein, rRNA 22tRNA DNA ty thể nấm men S cerevisiae dài mtDNA tế bào động vật năm lần có mặt đoạn intron dài Các genome ty thể có kích thước tổng số khác nhau, tế bào động vật có kích thước genome nhỏ (khoảng 16,5 kb động vật có vú) Có khoảng vài trăm ty thể tế bào Mỗi ty thể có nhiều DNA Số lượng tổng số DNA ty thể so với DNA nhân nhỏ (