Nhập môn công nghệ sinh học
Phụ lục Một số thuật ngữ Adapter , có đầu đầu lồi 5’ tương ứng với vị trí cắt hạn chế vector có đầu tương đồng (xem thêm linker) Amino acid Là phân tử nhỏ mang gốc amine (-NH3) gốc carboxyl (-COOH) liên kết với nguyên tử carbon Amino acid đơn vị cấu trúc sở chuỗi polypeptide Có 20 amino acid khác chuỗi polypeptide Ampicillin (Amp) Amylase Enzyme xúc tác thủy phân loại carbohydrate dự trữ (ví dụ tinh bột) thức ăn thực vật hay glycogen thức ăn động vật BAC (bacteria artificial chromosome) Nhiễm sắc thể nhân tạo vi khuẩn dựa sở plasmid F-factor, sử dụng làm vector tạo dòng BAC tái E coli với đoạn chèn DNA có kích thước lên đến 300 kb Bản đồ cắt hạn chế (restriction map) Trình tự vị trí nhận biết (recognition sites) tất enzyme hạn chế (restriction enzyme hay restriction endonuclease, RE) phân tử DNA (analog base) - Nhập môn Công nghệ sinh học 324 - -C Bazơ nitơ (nitrogen base) , guanine, cyt Bắt cặp bổ sung (complementary base pairing) Sự kết hợp thành đôi nitrogen base nằm hai mạch đơn chuỗi xoắn kép DNA-DNA, DNA-RNA RNA-RNA thông qua mối liên kết hydrogen Sự bắt cặp mang tính đặc hiệu: guanine bắt cặp với cytosine, adenine bắt cặp với thymine DNA uracil RNA Bất động (immobilization) Biến đổi hậu dịch mã (post-translational modification) Sự thay đổi liên kết hóa trị xảy chuỗi polypeptide, sau chuỗi polypeptide tách khỏi ribosome trước trở thành protein hoạt động thực Biến nạp (transformation) Là trình truyền DNA ngoại lai vào tế bào nhận, chẳng hạn sphaeroplast protoplast, hợp nhiễm sắc thể nhờ tái tổ hợp tương đồng biến đổi đơn vị chép tự trị (autonomous replicon) Sự biến nạp xuất điều kiện tự nhiên số vi khuẩn (ví dụ: Bacillus, Haemophilus, Neisseria Streptococcus), nhiều vi khuẩn (ví dụ E coli) thể sinh vật eukaryote biến nạp xuất tế bào ”thấm” DNA phương pháp nhân tạo như: hóa biến nạp, điện biến nạp Biến nạp điện (electroporation) Kỹ thuật dùng xung điện tạo lỗ thủng tạm thời màng sinh chất để đưa DNA ngoại lai vào bên tế bào vật chủ Biến tính (denaturation) Là tượng chuyển từ dạng mạch kép sang dạng mạch đơn DNA RNA thường nhiệt gây nên Biến tính protein tượng chuyển từ cấu hình hoạt động thành dạng khơng hoạt động Biểu gen (gene expression) Là trình phiên mã (transcription) dịch mã (translation) gen để tạo sản phẩm protein Nhập môn Công nghệ sinh học 325 Cảm ứng (induction) Liên quan đến khả tổng hợp số enzyme (sản phẩm gen) vi khuẩn có mặt chất (substrate) enzyme môi trường Khi sử dụng cho khái niệm điều hòa biểu gen, thuật ngữ có nghĩa khởi động trình phiên mã tương tác chất cảm ứng (inducer) với protein điều hịa Ví dụ E coli, ) Cặp base (base pair, bp) Là liên kết A-T C-G phân tử DNA mạch kép, đơn vị đo chiều dài phân tử DNA Cấu trúc bậc hay cấu trúc sơ cấp (primary structure) Là trình tự xếp amino acid chuỗi polypeptide Cấu trúc bậc hai hay cấu trúc thứ cấp (secondary structure) Là tương tác không gian gốc amino acid gần chuỗi polypeptide, hay nói cách khác dạng cuộn xoắn cục phần chuỗi polypeptide Cấu trúc bậc ba (tertiary structure) Là tương tác không gian gốc amino acid xa chuỗi polypeptide, dạng cuộn xoắn không gian tồn chuỗi polypeptide, hình dạng chung chuỗi polypeptide Cấu trúc bậc bốn (quaternary structure) Xuất phân tử protein bao gồm hai hay nhiều chuỗi polypeptide hình cầu (bậc ba) Mỗi chuỗi polypeptide gọi tiểu đơn vị (subunit) tương tác không gian tiểu đơn vị phân tử gọi cấu trúc bậc bốn Cầu disulphite (disulphite bridge) Liên kết đồng hóa trị tạo thành hai chuỗi polypeptide qua trung gian gốc cystine Chất cảm ứng (inducer) Một hợp chất hóa học Chất trao đổi sơ cấp (primary metabolite) Được sản xuất với số lượng lớn chất thứ cấp có chức trao đổi đặc biệt Các chất sơ cấp thu từ sinh vật sử dụng thực phẩm, phụ gia thực phẩm, nguyên liệu thô công nghiệp carbohydrate, dầu thực vật, protein acid béo Nhập môn Công nghệ sinh học 326 (secondary metabolite) Chất ức chế (repressor) Sản phẩm protein gen ức chế (gen mã h Chiral Một vài phân tử có dạng “tay phải” “tay trái” riêng biệt, chúng mang nguyên tử giống liên kết kiểu tính chất vật lý lại khác Một chất gọi hợp chất chiral, hai (hoặc nhiều) dạng dạng gọi chất đối hình (enantiomer) chất đồng phân quang học (optical isomer) Chu trình sinh tan (lylic cycle) Một kiểu chu trình sống thực khuẩn thể (bacteriophage) xâm nhiễm vi khuẩn, điều khiển hoạt động sinh sản sinh trưởng gen sinh bacteriophage hệ C (lysogenic cycle) Là tượng hệ gen bacteriophage diện trạng thái ổn định không sinh tan tế bào vật chủ sống Các tế bào vật chủ tiếp tục sinh trưởng phân chia, chép hệ gen bacteriophage (prophage) phối hợp với nhiễm sắc thể vật chủ cho tế bào phân chia prophage chuyển vào hai tế bào Prophage trì cách hợp nhiễm sắc thể vật chủ (ví dụ bacteriophage λ, bacteriophage Φ105) plasmid bên nhiễm sắc thể (ví dụ bacteriophage P1 bacteriophage F116) Tế bào vật chủ khơng thể biểu kiểu hình biến đổi (transgenic) (foreign DNA) kỹ thuật khác (Agrobacterium, vi tiêm, bắn gen, xung điện ) vào thể vật chủ (vi sinh vật, động vật thực vật) Chuyển nhiễm (transfection) Kỹ thuật đưa DNA phage DNA virus vào tế bào vật chủ Nhập môn Công nghệ sinh học 327 Coenzyme Một chất hữu thường vitamin hay chất tổng hợp từ vitamin để tác dụng lên cofactor (một chất phi protein như: Cu, Fe Zn hay phân tử hữu cơ) giúp enzyme xúc tác phản ứng trao đổi chất Cosmid cos )c λ Công nghệ ACCELL (ACCELL technology) Công nghệ phân phối gen dựa sở thay đổi cường độ phóng điện thơng qua giọt nước nhỏ, tạo thay đổi áp suất khơng khí lớn làm tăng gia tốc viên đạn vàng bọc DNA Công nghệ DNA tái tổ hợp (DNA recombinant technology) Hệ thống phương pháp phịng thí nghiệm cho phép cắt đoạn DNA từ sinh vật để ghép nối vào DNA sinh vật khác tạo phân tử DNA tái tổ hợp Phân tử đưa vào sinh vật khác để tạo giống chủng vi sinh vật, thực vật động vật có phẩm chất đặc biệt, đáp ứng nhu cầu ngày cao sản xuất đời sống người Cơng nghệ có ứng dụng rộng rãi y học, dược học, nông nghiệp nhiều ngành công nghiệp khác Công nghệ protein (protein engineering) Là kỹ thuật cho phép nghiên cứu biến đổi cấu trúc ba chiều phân tử protein Sự biến đổi thực phương pháp hóa học, enzyme gây đột biến điểm định hướng lên gen mã hóa cho protein này, nhằm thu cách hiệu protein có tính chất lý-hóa xúc tác thích hợp có tính chất Một lĩnh vực công nghệ protein mô hình hóa thiết kế protein Cơng nghệ sinh học (biotechnology) Theo nghĩa rộng q trình cơng nghiệp có sử dụng vi sinh vật tế bào động vật thực vật (công nghệ sinh học ) Theo nghĩa phổ biến trình sản xuất sử dụng giống sinh vật mới, tạo công nghệ DNA tái tổ hợp (công nghệ sinh học ) Trong công nghệ sinh học Nhập môn Công nghệ sinh học 328 ghệ sinh học Deoxyribonucleotide triphosphate (dNTP) ) ) Deoxyribonuclease (DNase) hủy) DNA sợi đôi DNA sợi đơn (phân Deoxyribonucleic acid (DNA) p nucleotide base (transcrip Nhập môn Công nghệ sinh học 329 Năm 1962, Watson (Mỹ) Crick (Anh) chia sẻ Giải Nobel với Wilkins (Anh) phát minh cấu trúc không gian DNA ý nghĩa việc truyền thơng tin di truyền Điều đáng tiếc Franklin, người có đóng góp đáng kể cho phát minh trước Theo qui định Giải Nobel không dược phép tặng cho người Deoxyribose Phân tử đ (nick translation) [ - P]dCTP nhờ enzyme DNA polymerase I E 32 coli (translation) Quá trình chuyển thơng tin di truyền trình tự base mRNA sang trình tự amino acid chuỗi polypeptide tế bào cịn gọi q trình sinh tổng hợp protein Dideoxyribonucleotide triphosphate (ddNTP) (sequencing) (complementary DNA, cDNA) khn mẫu mRNA nhờ q trình transcription) (reverse dựng thư viện cDNA (cDNA library) DNA khuôn mẫu (template DNA) DNA polymerase Nhập môn Công nghệ sinh học 330 Năm 1959, hai nhà khoa học người Mỹ Kornberg Ochoa nhận Giải Nobel nghiên cứu làm sáng tỏ chế trình chép DNA liên quan đến DNA polymerase I Dòng (clone) Tập hợp tế bào phân tử giống hệt bắt nguồn từ tế bào hay phân tử ban đầu (germ line) (end labelling) polynucleotide kinase (blunt end) 5’ nhô (protruding ends) (cohesive ends sticky ends) Đầu tận C (C terminus) Gốc Đầu tận N (N terminus) Gốc amine (NH2) vị trí tận phân tử protein chuỗi polypeptide Tất polypeptide tổng hợp đầu này, đến gốc carboxyl tận (nick) Điện di gel (gel electrophoresis) Kỹ thuật dùng để phân tách phân tử nucleic acid protein dựa vào dịch chuyển chúng giá thể dạng gel (agarose polyacrylamide) ảnh hưởng điện trường Sự dịch chuyển phân tử phụ thuộc vào điện tích, cấu hình, kích thước khối lượng phân tử nucleic acid protein dung môi nồng độ chất dùng làm giá thể (Klenow fragment) 76.000) E coli 5’ 3’ Đoạn nhồi (stuffer fragment) Còn gọi vùng đệm hay vùng trung tâm Là phần phage λ loại bỏ thay đoạn chèn DNA (insert DNA) mà không ảnh hưởng đến khả sinh sản phage tế bào vật chủ Nhập môn Công nghệ sinh học 331 Đóng dấu (replica plating) Phương pháp chuyển nguyên mẫu khuẩn lạc vết tan từ đĩa thạch gốc sang đĩa thạch cách dùng màng nylon (ví dụ màng Hybond-N+) vừa khít áp lên mặt thạch đĩa gốc để dính lấy tế bào khuẩn lạc (colony) vết tan (plaque) đĩa gốc, đưa màng áp lên mặt thạch Độ Tesner (Tesner degree) 1oT = số mL NaOH KOH cần để trung hòa 100 mL sữa (mutation) Đột biến gen (gene mutation) Còn gọi đột biến điểm, xảy biến đổi nucleotide mất, thêm hay thay đổi vị trí nucleotide phân tử DNA Là nguyên nhân hình thành protein khơng bình thường Phần lớn đột biến có hại chúng thường giữ lại quần thể thường lặn trì kiểu gen mà khơng ảnh hưởng đến sức sống sinh vật Tốc độ đột biến tự nhiên thấp, tần số đột biến tăng nhờ tác nhân phóng xạ ion hóa hóa chất gây đột biến gây Đột biến khuyết dưỡng (auxotrophic mutation) Còn gọi đột biến hóa sinh Đột biến làm khả tổng hợp chất cần thiết cho sinh trưởng tế bào Đi polyA (polyA tail) Đoạn trình tự dài 50-200 nucleotide adenine bổ sung vào đầu 3’ hầu hết mRNA eukaryote sau phiên mã E coli (Escherichia coli) Vi khuẩn thường có ruột non động vật có xương sống E coli coi sinh vật mẫu cho việc nghiên cứu hoạt động tế bào Đây vi khuẩn Gram âm có kích thước genome khoản 4×106 base-pair Các q trình biểu gen (phiên mã dịch mã) đôi với nhau, sinh sợi mRNA tổng hợp sử dụng cho q trình dịch mã Khơng có tượng biến đổi hậu dịch mã (post-translation) Vì thế, E coli xem tế bào vật chủ đơn giản Rất nhiều thí nghiệm tạo dòng gen thực hàng ngày phịng thí nghiệm sử dụng E coli làm vật chủ với nhiều chủng khác mặt di truyền cho ứng dụng đặc biệt Nhập môn Công nghệ sinh học 332 Endonuclease Là e Nuclease thủy phân liên kết phosphodiester nucleotide phân tử nucleic acid Các nuclease đặc hiệu DNA (deoxyribonuclease) đặc hiệu RNA (ribonuclease) Enzyme Chất xúc tác sinh học Enzyme gắn DNA (DNA ligase) 5’PO4 - Enzyme gắn RNA (RNA ligase) (restriction enzyme, RE) Enzyme hạn chế phát vào năm 1970, chúng tồn tế bào vi khuẩn, có tác dụng cắt DNA ngoại lai (ví dụ: DNA phage) điểm xác định, để tiêu diệt DNA Cho đến 900 enzyme hạn chế tìm thấy Các enzyme hạn chế sử dụng rộng rãi phòng thí nghiệm thao tác gen “chiếc kéo” cắt DNA điểm đặc hiệu Vị trí cắt phụ thuộc vào loại enzyme hạn chế lựa chọn Năm 1978, Arber (Thụy Sĩ), Nathans (Mỹ) Smith (Mỹ) nhận Giải Nobel nhờ phát minh enzyme hạn chế ứng dụng chúng để giải nhiều vấn đề quan trọng di truyền học phân tử Các enzyme ”chiếc kéo phân tử” cắt DNA thành đoạn xác định, mở thời kỳ phát triển sinh học đại-Thời kỳ thao tác gen (reverse transcriptase) in vitro Epitope Yếu tố định kháng nguyên, trình tự cấu trúc nằm phân tử kháng nguyên nhận biết kháng thể thụ thể kháng nguyên Các epitope tế bào B định Nhập môn Công nghệ sinh học 333 thực phương pháp ly tâm để làm lắng chất qua gradient nồng độ saccharose CsCl Lymphokine Là cytokine sản xuất từ tế bào lympho Lysosome Một bào quan có màng bao bọc tế bào chất tế bào eukaryote Lysosome chứa nhiều enzyme thủy phân Mã di truyền (codon) Nhóm ba nucleotide nằm kề (bộ ba) phân tử mRNA xác định amino acid chuỗi polypeptide, tín hiệu kết thúc việc tổng hợp polypeptide Mã thoái biến (degenerate codon) Mã di truyền mà amino acid quy định số ba nitrogen base, ba Thoái biến đặc điểm vốn có mã di truyền tồn phổ biến sinh giới (nonsense codon) hay mã dừng (stop codon) (UGA) Maturation Q trình mRNA vừa phiên mã trải qua số biến đổi hóa học để trở thành mRNA hồn chỉnh sẵn sàng làm khn mẫu cho việc tổng hợp protein Máy đếm nhấp nháy (scintillation counter) Máy dùng để xác định hoạt tính phóng xạ mẫu thí nghiệm Mật độ quang (optical density) Thông số cho phép đo độ hấp thụ ánh sáng bước sóng mơi trường dung dịch Mẫu dò DNA (DNA probe) Một đoạn RNA hay DNA chuyên biệt đánh dấu đồng vị phóng xạ hay hóa chất (chất phát huỳnh quang enzyme), dùng để định vị trình tự nucleic acid định thông qua kỹ thuật lai phân tử (xem Northern blot, Southern blot ) Micelle Hạt dạng huyền phù dung dịch keo, cấu thành từ tập hợp hạt nhỏ đại phân tử Monomer Là phân tử đơn vị nhỏ, liên kết với phân tử đơn vị giống để hình thành phân tử lớn (polymer) Ví dụ nucleotide monomer nucleic acid amino acid monomer protein Nhập môn Công nghệ sinh học 341 Môi trường LB (LB medium) Môi trường nuôi cấy E coli, thành phần bao gồm (cho 100 mL): g bacto-trypton; 0,5 g dịch chiết nấm men g NaCl Nếu pha chế mơi trường rắn để ni cấy đĩa petri bổ sung thêm 1,5 g bacto-agar Mồi (primer) Một trình tự DNA hay RNA ngắn, bắt cặp với mạch DNA khn mẫu có mang đầu 3’-OH tự giúp DNA polymerase bắt đầu tổng hợp chuỗi DNA Mucopeptide Dị polymer đại phân tử chứa hai loại đường amine số amino acid Người ta nhận thấy mucopeptide gắn liền với thành tế bào prokaryote Myeloma Nấm men hướng methyl Là nấm men sử dụng chất dẫn xuất methane nguồn carbon lượng chuyển hóa Nấm men Saccharomyces cerevisiae Là vi sinh vật nhân thật sử dụng nhiều công nghệ DNA tái tổ hợp Genome nấm men S cerevisiae khoảng 1,35×107 base-pair nhiều E coli khoảng 3,5 lần Nấm men thường dùng làm tế bào vật chủ để biểu protein có cấu trúc phức tạp cần q trình hậu dịch mã mà vi khuẩn E coli đáp ứng Northern blot Kỹ thuật chuyển cố định RNA từ formaldehyde agarose gel (sau phân đoạn điện di) lên màng lai nylon nitrocellulose để lai với mẫu dò (probe) đánh dấu đồng vị phóng xạ [ -32P]dCTP digoxigenin-dUTP Tín hiệu lai sau phát phim X-quang (trường hợp [ -32P]dCTP) màng lai (trường hợp digoxigenin-dUTP) Nucleic acids Những polynucleotide sinh học thiên nhiên, đơn vị nucleotide kết hợp với liên kết phosphodieste thành trình tự DNA RNA riêng biệt Nucleotide Một nucleoside phosphoryl hóa với hydroxyl pentose Phân tử đóng vai trị cấu trúc sở DNA RNA, gồm ba phần: đường pentose (ribose RNA, deoxyribose DNA), nitrogen base gốc phosphate Nhập môn Công nghệ sinh học 342 Nuôi cấy mô tế bào (tissue and cell culture) Kỹ thuật cấy nuôi vô trùng mô tế bào động vật thực vật môi trường nhân tạo bên ống nghiệm bình thủy tinh Về nguyên lý, giống nuôi cấy tế bào vi sinh vật Kỹ thuật có nhiều ứng dụng thực tiễn, ví dụ thực vật dùng để nhân giống nhanh sinh trưởng chậm bị phân ly sinh sản hữu tính, ngồi sử dụng chọn giống; động vật kỹ thuật dùng để nuôi mô phục vụ cho công tác nghiên cứu sản xuất chất có hoạt tính sinh học Oliofilm Cao su xử lý HCl Oligo Tiếp đầu ngữ có nghĩa “ít”, ví dụ: oligonucleotide (polynucleotide) có nucleotide oligopeptide (polypeptide) có peptide Oligo(dT)-cellulose Một đoạn ngắn gồm gốc deoxy-thymidine liên kết với chất cellulose, sử dụng để tinh mRNA eukaryote phương pháp sắc ký lực Oligomer Thuật ngữ chung để đoạn ngắn monomer Oligonucleotide Một đoạn ngắn monomer nucleotide, thường từ 20-30 nucleotide Operon Nhóm gen vi khuẩn chịu điều khiển chung gen điều hòa Cấu trúc operon bao gồm: 1) Nhóm gen cấu trúc mà hoạt động chúng chịu điều khiển chung, 2) Gen điều hòa sản sinh protein điều hòa, 3) Vùng huy (operator) trình tự khởi động (promoter) chịu tác động protein điều hịa Protein điều hịa có tác dụng bám vào vùng huy làm cho bị ”đóng”, nhóm gen cấu trúc ngừng hoạt động Khi môi trường xuất chất gen cấu trúc chất bất hoạt hóa protein điều hịa khiến khơng bám vào vùng huy nữa, vùng huy ”mở” nhóm gen cấu trúc lại hoạt động Phage Viết tắt bacteriophage (thực khuẩn thể), loại virus xâm nhiễm sinh sản bên vi khuẩn Phage thường có vỏ bọc protein, phức hợp bao gồm phần đầu có hình đa diện chứa nucleic acid (DNA RNA) đuôi mà qua nucleic acid xâm nhập vào vi khuẩn chủ Sau trình nhân lên nucleic acid phage, tế bào vi khuẩn chủ thường bị tan biến Loại phage luôn làm tan tế bào vi khuẩn chúng xâm nhiễm vi Nhập môn Công nghệ sinh học 343 ... vật (công nghệ sinh học ) Theo nghĩa phổ biến q trình sản xuất sử dụng giống sinh vật mới, tạo công nghệ DNA tái tổ hợp (công nghệ sinh học ) Trong công nghệ sinh học Nhập môn Công nghệ sinh học. .. quan Nhập môn Công nghệ sinh học 339 Lên men (fermentation) Là trình biến đổi sinh học sử dụng vi sinh vật Đó biến đổi đường sinh học chất nền, kể tượng sinh tổng hợp chuyển hóa sinh học Hiện... chất lý-hóa xúc tác thích hợp có tính chất Một lĩnh vực cơng nghệ protein mơ hình hóa thiết kế protein Công nghệ sinh học (biotechnology) Theo nghĩa rộng q trình cơng nghiệp có sử dụng vi sinh