Trang 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢIKhoa Hố - Mơi trườngBộ mơn Cơng nghệ sinh họcGiảng viên: TS Nguyễn Thị Thuỳ Linhthuylinhhmt@tlu.edu.vn Trang 2 Giới thiệu về vi sinh vật và vi sinh vật họ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Khoa Hố - Mơi trường Bộ môn Công nghệ sinh học VI SINH VẬT HỌC Giảng viên: TS Nguyễn Thị Thuỳ Linh thuylinhhmt@tlu.edu.vn Giới thiệu vi sinh vật vi sinh vật học o Vi sinh vật học môn khoa học nghiên cứu tìm hiểu vi sinh vật o Vi sinh vật sinh vật đơn bào quan sát kính hiển vi, có virut khơng có cấu trúc tế bào quan sát kính hiển vi o Tế bào vi sinh vật khác với tế bào động vật thực vật chỗ vi sinh vật cá thể độc lập thực trình sống mà không phụ thuộc vào tế bào khác o Ngược lại tế bào động vật thực vật khơng thể tồn riêng lẻ tự nhiên mà chúng phải tồn cấu trúc đa bào quan động vật thực vật o Môn vi sinh vật học môn khoa học nghiên cứu tế bào vi sinh vật chúng hoạt động nào, đặc biệt vi khuẩn tế bào nhỏ bé lại chiếm số đơng có tầm quan trọng to lớn đời sống thực tiễn o Vi sinh vật học nghiên cứu đa dạng tiến hoá tế bào vi sinh vật, lại có nhóm vi sinh vật khác Vi sinh vật làm giới, đất, nước, thể người động vật thực vật o Bằng cách hay cách khác vi sinh vật ảnh hưởng hỗ trợ tất dạng khác sống vi sinh vật học xem tảng khoa học sinh học o Vi sinh vật học xoay xung quanh chủ đề chính: (1) hiểu giới sinh vật nhỏ bé quan sát kính hiển vi (2) ứng dụng hiểu biết trình sống vi sinh vật để đem lại lợi ích cho người cho trái đất o Trên phương diện khoa học vi sinh vật học sử dụng phát triển cơng cụ để dị tìm trình sống o Trên phương diện khoa học ứng dụng, vi sinh vật trung tâm nhiều lĩnh vực quan trọng y dược, nông nghiệp, công nghiệp o Mặc dù vi sinh vật dạng sống nhỏ chúng kết hợp lại thành lượng sinh khối lớn trái đất thực nhiều phản ứng hoá học cần thiết cho sinh vật bậc cao o Vi sinh vật xuất trái đất hàng tỷ năm trước thực vật động vật xuất o Di truyền đa dạng sinh lý vi sinh vật phức tạp nhiều so với động vật thực vật Vi khuẩn Photobacterium phát sáng đĩa petri Vi sinh vật môi trường chúng o Trong tự nhiên vi sinh vật sống thành quần thể liên kết với quần thể tế bào loài vi sinh vật khác o Quần thể vi sinh vật nhóm tế bào có chung tế bào mẹ tạo thành trình phân chia tế bào o Mơi trường mà quần thể vi sinh vật sống gọi mơi trường sống vi sinh vật (habitat) o Các quần thể vi sinh vật tương tác với quần thể vi sinh vật khác tạo thành cộng đồng vi sinh vật o Sự đa dạng số lượng vi sinh vật cộng đồng vi sinh vật kiểm soát thức ăn điều kiện môi trường sống nhiệt độ, độ pH, nồng độ oxy… o Hệ sinh thái tất sinh vật sống với thành phần vật lí hố học môi trường mà chúng sống o Hệ sinh thái bị ảnh hưởng mạnh số trường hợp bị kiểm soát hoạt động vi sinh vật VI SINH VẬT HỌC – KÍNH HIỂN VI Robert Hooke (1635-1703) Cuốn sách Micrographia (1665) Điều hoà cản trở phiên mã: Ức chế cảm ứng o Ức chế enzyme phổ biến vi khuẩn: enzyme xúc tác cho phản ứng tổng hợp axit amin tiền chất nucleotide o Trong hầu hết trường hợp sản phẩm cuối đường sinh tổng hợp cụ thể ức chế enzyme xúc tác cho Ức chế enzyme o Cảm ứng enzyme trình ngược với ức chế enzyme o Trong cảm ứng enzyme enzyme tổng hợp có mặt chất Cảm ứng enzyme o Chất cảm ứng đồng ức chế enzyme chất có chức cảm ứng ức chế enzyme Những chất thường phân tử nhỏ gọi chất ảnh hưởng o Những chất ảnh hưởng đến phiên mã gián tiếp việc bám đặc hiệu vào protein bám DNA o Khi chất ảnh hưởng (đồng ức chế) bám vào protein ức chế protein kích hoạt sau bám vào vị trí đặc hiệu phân tử DNA gần với promoter gen gọi vùng operator o Operon nhóm gen xếp liên tục theo đường thẳng biểu chúng bị kiểm soát operator o Tất gen operon phiên mã thành phân tử mRNA o Nếu chất ức chế bám vào operator phiên mã bị chặn lại enzyme RNA polymerase bám vào DNA không thực chức , polypeptide mà gen operon mã hố khơng tổng hợp o Sự cảm ứng enzym bị kiểm sốt protein ức chế Khi khơng có mặt chất cảm ứng protein hoạt động ngăn cản hoàn toàn phiên mã Khi chất cảm ứng bổ sung kết hợp với protein ức chế bất hoạt nó, phiên mã lại bắt đầu Ức chế enzyme Phiên mã diễn Protein ức chế Chất đồng ức chế (arginine) Protein ức chế Phiên mã bị chặn lại Cảm ứng enzyme Phiên mã bị chặn lại Protein ức chế Phiên mã tiếp tục Protein ức chế Chất cảm ứng Kiểm sốt tích cực: Protein hoạt hố o Protein hoạt hố kích hoạt bám RNA polymerase vào phân tử DNA o Vùng mà protein hoạt hoá bám vào DNA gọi vị trí gắn chất hoạt hố o Các gen kiểm sốt vị trí gắn chất hoạt hố gọi operon o Promoter operon có trình tự nucleotide mà enzyme RNA polymerase gắn lỏng lẻo khơng tương thích với trình tự liên ứng o Tuy có yếu tố sửa chữa sigma enyme RNA polymerase khó bám vào promoter o Vai trị protein hoạt hố giúp enzyme RNA polymerase nhận promoter bắt đầu phiên mã o Chất cảm ứng gắn vào protein hoạt hoá giúp protein gắn xác vào promoter o Protein hoạt hố bẻ cong khn DNA để enzyme RNA polymerase gắn xác vào promoter để thực phiên mã o Protein hoạt hố tương tác trực tiếp với RNA polymerase Vị trí gắn chất hoạt hố Khơng có phiên mã Protein hoạt hố Maltose Vị trí gắn chất hoạt hố Phiên mã diễn Protein hoạt hố Maltose Chất cảm ứng Vị trí gắn chất hoạt hoá Protein hoạt hoá Protein hoạt hoá Phiên mã diễn Phiên mã diễn Vị trí gắn chất hoạt hố Điều hồ phiên mã Khuẩn cổ o Cơ chế điều hoà phiên mã khuẩn cổ giống với vi khuẩn o Protein ức chế khuẩn cổ ngăn cản RNA polymerase bám vào DNA protein gắn vào trình tự TATA yếu tố phiên mã B protein cần thiết giúp RNA polymerase gắn vào promoter khuẩn cổ o Một số protein hoạt hoá khuẩn cổ giống với vi khuẩn có số protein hoạt hố đặc hiệu khuẩn cổ Điều hoà dựa RNA o RNA tự điều hồ biểu gen mức độ phiên mã dịch mã o Các phân tử RNA điều hoà kết cặp với phân tử RNA khác chủ yếu mRNA có trình tự bổ trợ vởi RNA điều hồ o Vùng kết cặp RNA điều hoà mRNA ngăn cản dịch mã, sau nhanh chóng bị phân huỷ enzyme ribonuclease o Các phân tử RNA nhỏ có chức điều hồ gọi RNA đối nghĩa chúng có trình tự bổ trợ với trình tự mRNA o RNA đối nghĩa tổng hợp từ phiên mã sợi DNA có mang gen mã hố cho mRNA khơng dùng làm khn o Hoặc RNA đối nghĩa phiên mã từ anti-gen (gen đối nghĩa) o RNA đối nghĩa điển hình dài khoảng 100 nucleotide gắn vào vùng RNA dài khoảng 30 nucleotide o Một RNA đối nghĩa điều hồ vài mRNA chúng có chung trình tự bám o Sự gắn RNA đối nghĩa vào vị trí mục tiêu phụ thuộc vào phân tử protein nhỏ Hfq, protein bám vào phân tử RNA enzyme ribonuclease o Hfq protein tương tự gọi RNA chaperone chúng giúp RNA đối nghĩa trì cấu trúc