ACID NUCLEIC và BIỂU HIỆN GEN

Biến tính (denaturation) khi nhiệt độ tăng, hoặc do tác nhân hóa học (như dung dịch kiềm hoặc urea…). 2 mạch đơn của DNA tách rời nhau ra, Nhiệt độ biến tính Tm (melting temperature): nhiệt độ làm tách 2 sợi DNA, phụ thuộc vào số lượng cặp G – C và vị trí sắp xếp của các nucleotid trong pt DNA . Pt DNA có số lượng cặp G – C cao thì có Tm cao và ngược lại. Công thức Wallace tính Tm: Tm = 2oC x (A + T) + 4oC x (G + C)   Hồi tính (renaturation) Khi nhiệt độ giảm hai mạch đơn liên kết lại với nhau theo nguyên lý bổ sung đôi base tạo nên chuỗi xoắn kép. Nếu nhiệt độ hạ đột ngột, sự hồi tính không xảy ra, pt DNA ở dạng cuộn vô định hình. Một số tác nhân hóa học gây biến tính vĩnh viễn làm cho pt DNA không có khả năng hồi tính trở lại cấu trúc ban đầu.   Ứng dụng: tổng hợp nhân tạo DNA, nhân gen, công nghệ DNA tái tổ hợp.

ThS BS Đông Thị Hoài An

BM Hóa sinh

1 ACID NUCLEIC

1.1 Acid deoxyribonucleic (DNA)

1.2 Acid ribonucleic (RNA)

1.3 Tính chất biến tính và hồi tính của DNA

Thành phần cấu tạo của acid nucleic

Base N

Đường pentose

4 loại nucleotid (dNTP) tham gia cấu tạo phân tử DNA:

dATP (deoxyadenosin triphosphat)

dTTP (deoxythymidin triphosphat)

dCTP (deoxycytidin triphosphat)

dGTP (deoxyguanosin triphosphat)

1.1 ACID DEOXYRIBONUCLEIC (DNA)

DNA

Phân tử DNA

Quy luật đôi base hay nguyên lý bổ sung base:

A = T

C = G

Thứ tự base trong sợi nucleotid bên này quyết

định thứ tự base trong sợi nucleotid bên kia.

Thông tin được nằm trong một sợi ( sợi mã hóa ),

sợi kia là sợi không mã hóa.

Prokaryote (tế bào nhân sơ): toàn bộ DNA mang

thông tin mã hóa protein

Eukaryote (tế bào nhân thực): chỉ có một phần DNA

mã hóa protein

Exon Intron Exon Intron Exon

1.2 Acid ribonucleic (RNA)

4 loại nucleotid (NTP) tham gia cấu tạo phân tử RNA:

ATP (adenosin triphosphat)

UTP (uridin triphosphat)

CTP (cytidin triphosphat)

GTP (guanosin triphosphat)

RNA

Đặc điểm (ARN thông mRNA

tin)

tRNA

(ARN vận

chuyển) (ARN ribosom)rRNA

Hình dạng UCC GCC UCC… GGU CAU……

Nhiệm vụ Chuyển thông tin từ DNA ribosom Vận chuyển acid amin đến ribosom để

sinh tổng hợp protein Nơi tổng hợp protein

3 loại RNA

1.3.Tính chất biến tính và hồi tính của DNA

 Biến tính (denaturation)

 khi nhiệt độ tăng, hoặc do tác nhân hóa học (như dung dịch kiềm hoặc urea…)

 2 mạch đơn của DNA tách rời nhau ra,

 Nhiệt độ biến tính Tm (melting temperature): nhiệt độ làm tách 2 sợi DNA, phụ thuộc vào số lượng cặp G – C và vị trí sắp xếp của các nucleotid trong pt DNA Pt DNA có

số lượng cặp G – C cao thì có Tm cao và ngược lại

 Công thức Wallace tính Tm:

Tm = 2 o C x (A + T) + 4 o C x (G + C)  

 Hồi tính (renaturation)

 Khi nhiệt độ giảm

 hai mạch đơn liên kết lại với nhau theo nguyên lý bổ sung đôi base tạo nên chuỗi

xoắn kép

 Nếu nhiệt độ hạ đột ngột, sự hồi tính không xảy ra, pt DNA ở dạng cuộn vô định hình

 Một số tác nhân hóa học gây biến tính vĩnh viễn làm cho pt DNA không có khả năng hồi tính trở lại cấu trúc ban đầu.

 

 Ứng dụng: tổng hợp nhân tạo DNA, nhân gen, công nghệ DNA tái tổ hợp.

2 GEN và SỰ BIỂU HIỆN GEN

Gen: là một đoạn phân tử DNA hoặc RNA, mang thông tin di

truyền xác định cấu trúc của một chuỗi polypeptid hoặc một phân tử RNA nhất định.

Gen điều hòa (Regulator, R): trình tự nucleotid mã hóa các protein hay enzym hoạt hóa hoặc ức chế hoạt động của gen.

-1 + 1

Promoter của prokaryote

Ví dụ: cấu trúc promoter của virus SV 40 (simian

virus) gây khối u ở động vật có vú:

Core promoter (prokaryote)

Chuyển mã

-35 -10 +1

5’ - TTGACAT - TATAAT -3’ 3’ - AACTGTA - ATATTA -5’

TA – TA box

Cấu trúc core promoter của vi khuẩn E coli

Eukaryote có nhóm promoter tương ứng với 3 loại enzym RNA polymerase I, II và III

Vùng mang mã di truyền Prokaryote

Eukaryote

2 SỰ BIỂU HIỆN GEN

Luận thuyết trung tâm (central dogma):

Chuyển mã (sao chép) Giải mã (phiên dịch)

DNA RNA Protein

             

Nhân đôi

Gen ở DNA được biểu hiện dưới dạng protein

Sao chép ngược (reverse transcription, RT)

 Tất cả các tế bào trong cơ thể đều mang thông tin di truyền, nhưng chỉ biểu hiện khoảng 20% các gen tại một thời điểm nào đó

 Các protein khác nhau thì được biểu hiện ở

những tế bào khác nhau, tùy theo chức năng của tế bào

 Sự biểu hiện gen được kiểm soát và điều hòa một cách chặt chẽ.

SỰ BIỂU HIỆN GEN

Knock - out gen B Thêm gen X

A B C

C

3.TỔNG HỢP DNA

( Sự nhân đôi DNA, tái bản, replication)

Chuyển mã (sao chép) Giải mã (phiên dịch)

DNA RNA Protein

Prokaryotes: 3 loại enzym

DNA polymerase I – sửa chữa sai sót trong QT tổng hợp

DNA polymerase II – hoàn tất các đoạn

Okazaki

DNA polymerase III - polymerase chính tham gia tổng hợp DNA mới

Eukaryotes:

DNA polymerase α – tạo mồi cho sợi sau

DNA polymerase β - sửa chữa

DNA polymerase γ – enzym thể ty, không có trong nhân

DNA polymerase δ – kéo dài sợi dẫn và sợi sauDNA polymerase ε – tạo sợi dẫn (tùy loài)

3.1 Sự nhân đôi bán bảo tồn

Meselson

và Stahl

(1958)

3.2 Cấu trúc chạc ba (replication fork)

3.3 Quá trình nhân đôi DNA

5 giai đoạn:

1.Nhận biết điểm mở đầu và tháo xoắn tách biệt 2 sợi DNA mẹ

2 loại protein chính tham gia quá trình này: DNA helicase và

protein gắn DNA sợi đơn (single strand DNA – binding protein

hay SSB protein)

2.Tạo RNA mồi nhờ primase.

3.Tổng hợp hai sợi DNA mới nhờ DNA polymerase

4 Loại RNA mồi nhờ DNA polymerase I Sau đó các đoạn DNA mới tiếp tục được kéo dài.

 

5 Nối những đoạn DNA mới nhờ DNA ligase

3.4 Sửa chữa DNA

Ở E.coli, tỉ lệ sai sót là1/109 – 1010 nucleotid

 DNA polymerase có chức năng 3’ – 5’ exonuclease có thể tác dụng như một enzym “tự sửa chữa “ bằng cách lùi lại để tách và loại bỏ nucleotid sai, sau đó gắn

nucleotid đúng và tiếp tục sự nhân đôi

Ngược lại, các RNA polymerase thì không có tác dụng tự sửa chữa, vì những sai lầm trong quá trình tạo RNA mồi thì không bị chuyển qua thế hệ kế tiếp

Sự nhân đôi DNA ở tế bào có nhân và tế bào không

nhân đều tương tự như nhau về mặt cơ bản

ATCGCAA

TAGCGTT

ATCGCAA

TAGCGTT

ATCGCAA

TAGCGTT

Bản sao bình thường Bản sao bình thường

ATTGCAA

TAACGTT

ATCGCAA

TAGCGTT

Bản sao bình thường Bản sao đột biến

4 TỔNG HỢP RNA (Sự chuyển mã, transcription)

4.1 Sự tổng hợp RNA ở prokaryote (tế bào nhân sơ)

 3 giai đoạn: khởi đầu, kéo dài và kết thúc.

 Enzym: RNA polymerase

a Giai đoạn khởi đầu:

 Holoenzym: 2’.

 Enzym lõi (core enzyme): 2’

 Tiểu đơn vị  sẽ tìm một điểm có gen khởi động

b Giai đoạn kéo dài

c Giai đoạn kết thúc

4.3 Sự tổng hợp RNA ở tế bào nhân thực

(eukaryote)

a.Sự chuyển mã và giải mã phân cách nhau về không gian và thời gian

b RNA ở tế bào có nhân thực được tổng hợp bởi 3 loại RNA polymerase

I Hạch nhân rRNA 18S,5.8S,28S

II Nhân chất Tiền mRNA, hnRNA III Nhân chất tRNA và rRNA 5S

5 ĐỘT BiẾN

Đột biến: là biến đổi DNA ở trình tự chuỗi nucleotid

3 nhóm:

(1)đột biến số lượng nhiễm sắc thể ( đột biến bộ gen ),

(2)đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể ( đột biến nhiễm sắc thể )

(3) đột biến gen

Đột biến bộ gen

biến đổi số lượng tổng các nhiễm sắc thể gọi là lệch bội

do lỗi phân ly nhiễm sắc thể ở thời kỳ giảm phân hay

nguyên phân

Đột biến nhiễm sắc thể

có biến đổi một đoạn của một nhiễm sắc thể như nhân

nhiên hay lỗi phân ly trong giảm phân.

Đột biến gen

-Thay thế, thêm, mất 1 cặp base: đột biến điểm

- Thêm, mất một đoạn DNA

Hệ quả của các loại đột biến điểm trong vùng mã hóa:

Đột biến dịch nhầm, nhầm nghĩa (missense mutation)

Đột biến im lặng (silent mutation)

Đột biến chấm dứt chuỗi (nonsense mutation)

Đột biến lệch khung (frameshift mutation)

Đột biến dịch nhầm, nhầm nghĩa (missense mutation)

ATG GAA GCA

GGT

Met Glu Ala Gly

GGT

Sự thay đổi trình tự acid amin của một protein có thể làm thay đổi cấu trúc protein, làm cho protein

có thể gắn kém (hoặc gắn chặt) vào phân tử đích

Hậu quả: thay đổi chức năng protein, gây bệnh

Đột biến im lặng (silent mutation)

ATG GAA GCA

GGT

Met Glu Ala Gly

Met Glu Ala Gly

Không làm thay đổi trình

tự acid amin

Đột biến kết thúc (nonsense mutation)

ATG GAA GCA

sự tổng hợp protein

Đột biến lệch khung (frameshift mutation)

GGT

Met Glu Ala Gly

ATG AAG CAG GT

Chèn thêm hoặc mất base (không là bội số của 3) làm thay đổi trình tự

mã di truyền

Hậu quả: tạo ra một trình

tự acid amin hoàn toàn khác, một phân tử acid amin hoàn toàn khác

6 ONCOGENE, TUMOR SUPPRESSOR GENE

6.1 Oncogene (Gen tạo u)

 là gen đã bị đột biến làm biến đổi chức năng protein hay sự biểu hiện gen , tác động đến sự phân chia và tăng trưởng tế bào

 Đột biến có thể là đột biến tăng chức năng (gain-of-function mutation) ở

gen dẫn đến số lượng bản sao gen bị mất điều hòa về trình tự và vị trí tác động

 Các gen tạo u có tính trội ở vị trí tế bào; khi bị hoạt hóa, một alen đột biến đủ

để khởi phát sự biến đổi kiểu hình của một tế bào từ bình thường thành ác tính.

 Các gen tạo u mã hóa các protein có vai trò kiểm soát sự phân bào bao gồm

hiệu và các protein có vai trò trong sự chết tế bào theo chương trình

(apoptosis).

6.2.Tumor suppressor genes (TSG, gen ức chế u)

2 loại gen ức chế u:

nguyên vẹn của bộ gen.

 Đột biến gen ức chế u tạo ung thư theo một cơ chế khác: gây mất chức năng 2 alen của gen sẽ gián tiếp gây ung thư vì cho

phép hình thành thứ phát các đột biến ở các tiền gen tạo u

hay gen ức chế u khác

Các gen ức chế u và protein sản phẩm của chúng có thuộc tính chống ung thư, giúp cải tiến các phương án điều trị bệnh ung thư.