giáo trình Sinh Học Phân Tử

1 CHƯƠNG 1. CÁC ĐẠI PHÂN TỬ SINH HỌC VÀ LIÊN KẾT HOÁ HỌC I. CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA PROTEIN 1. Cấu trúc hoá học Các protein ñều là những ñại phân tử bao gồm các ñơn vị thành phần là các L-ỏ-axit amin. Trong phân tử axit amin này, nguyên tử Carbon ở vị trí alpha so với nhóm carboxyl kết hợp với nhóm amin, nguyên tử H, và gốc R, gốc R ñược gọi là mạch bên. Công thức cấu tạo chung của các axit amin như sau: Hình 1.1: Cấu trúc chung của một amino acid và sự hình thành chuỗi polypeptide, cấu trúc sơ cấp của tất cả các protein Mặc dù Protein rất ña dạng nhưng hầu hết chúng ñều ñược cấu tạo từ 20 L-α-axit amin khác nhau và 2 amit tương ứng. Dựa vào ñiện tích của chúng, các axit amin ñược phân thành 4 nhóm chính: + Nhóm 1: Các axit amin tính kiềm như Lysine, Arginine, Histidine; ở pH tế bào nhóm amin ở nhánh bên bị ion hoá thành NH 3 nên chúng mang ñiện tích dương. + Nhóm 2: Gồm Aspartic và Glutamic mang tính acid, với nhóm carboxyl ở nhánh bên bị ion hoá thành COO - . + Nhóm 3: Các axit amin trung tính kị nước (không mang ñiện tích) như glicine, alanine, valine, leucine, izoleucine, có nhánh bên mang các nhóm kị nước. + Nhóm 4: Các axit amin trung tính phân cực có nhánh bên mang nhóm OH dễ tạo các nối hydro với nước. Trong số 20 axit amin thường gặp trong phân tử protein có 8 axit amin mà cơ thể người và ñộng vật không thể tự tổng hợp ñược, phải ñưa từ ngoài vào qua thức ăn, gọi là axit amin không thay thế hoặc axit amin cần thiết. Đó là valine, leucine, lycine, izoleucine, phenylalanine, tryptophan, metionine, threonine. Trong phân tử protein, các axit ỏ-amin liên kết với nhau bằng các liên kết cộng hoá trị (covalent bond) gọi là các liên kết peptide hình thành chuỗi polypeptide có số lượng nhác nhau và thành phần khác nhau về các loại axit amin Liên kết này ñược hình thành do sự kết hợp nhóm amin của một axit amin với nhóm carboxyl của axit amin kế tiếp, phản ứng kết hợp giải phóng 1 phân tử nước. Các protein thường dễ tan trong nước tạo thành các dung dịch keo hấp thụ cực ñại ở bước sóng 280nm trong vùng ánh sáng cực tím nhờ có axit amin là tirozine, phenylamine và tryptophan trong phân tử. 2 Hình 1.2: Hai mươi loại axit amin phát hiện ñược trong tự nhiên Protein bao gồm bốn dạng biểu hiện của cấu trúc phân tử: + Cấu trúc bậc 1 là trình tự sắp xếp các axit amin trong chuỗi polypeptide, ñược tạo ra bởi liên kết peptide (liên kết cộng hoá trị) . + Cấu trúc bậc 2 bao gồm 3 dạng: * Xoắn α là những liên kết hydro liên kết không cộng hoá trị giữa nhóm cacbonyl (C=O) của một liên kết peptide thứ nhất (axit amin RN) và nhóm amin (NH) của một liên kết peptide thứ tư (axit thứ RN+4) với 3,6 gốc trên một vòng xoắn ỏ. * Lá gấp β ñược tạo thành nhờ các liên kết hydro của hai chuỗi poppeptide cùng chiều song song (từng thấy trong protein sợi tơ tằm và nhiều loại khác) hoặc ñổi chiều với nhau do một polypeptiñe bẻ ngoặt và liên kết hydro ñược hình thành ở khúc bẻ ngoặt. * Siêu xoắn Collagen: Bao gồm 3 chuỗi polypeptide bện vào nhau giống như ba sợi dây thừng bện xoắn nhờ các liên kết hydro giữa các chuỗi polypeptiñe. Cấu trúc bậc 2 ñược bền vững chủ yếu nhờ liên kết hydro ñược tạo thành gữa các liên kết peptide ở gần kề nhau, cách nhau những khoảng xác ñịnh. + Cấu trúc bậc 3: Là sự tương tác không gian ba chiều giữa các gốc axit amin ở xa nhau trong mạch polypeptide, là dạng cuộn lại trong không gian của toàn mạch polypeptide. Cấu trúc này ñược tạo ra chủ yếu bằng các liên kết không cộng hoá trị (liên kết ion, liên kết kỵ nước, liên kết vandervan) và liên kết cộng hoá trị (liên kết peptide và liên kết disulfide). 3 + Cấu trúc bậc 4: Là sự tương tác không gian (sự sắp xếp) của hai ñến nhiều chuỗi polypeptide (tiểu ñơn vị - Subunit - thường là một chuỗi polypeptide) trong phân tử protein có cấu trúc khác nhau hoặc giống nhau. Các tiểu ñơn vị liên kết với nhau nhờ các liên kết không cộng hoá trị (liên kết hydrô, liên kết ion, liên kết kỵ nước, lực vandervan). Hỡnh 1.3: Bốn bậc cấu trúc của protein 2. Các chức năng sinh học của protein - Kiến tạo nên tế bào và cơ thể (collagen, elastin mô liên kết, ). - Xúc tác sinh học: Hầu hết các enzym xúc tác sinh học ñều có bản chất là protein. - Vận chuyển các nguyên tử và phân tử cần cho sự sống, ví dụ hemoglobin vận chuyển phân tử Oxy cần cho hô hấp tế bào, nhiều loại protein màng tế bào tham gia vận chuyển các ion (Na + , K + , H + , ). - Bảo vệ tế bào và cơ thể: Các kháng thể là những protein làm nhiệm vụ bảo vệ miễn dịch, chống lại tác nhân gây bệnh. - Truyền xung thần kinh: Rodopxin tạo phản ứng cảm giác ánh sáng và hình ảnh, - Truyền tin: Nhiều protein là các thụ thể hoặc enzyme có vai trò truyền tín hiệu hoá học trong trao ñổi chất, trong nhận diện và ñáp ứng trao ñổi chất, ñáp ứng miễn dịch. - Điều hoà: Một số protein có chức năng ñiều hòa quá trình truyền thông tin di truyền, ñiều hoà quá trình trao ñổi chất, ví dụ như các protein có hoạt tính hormone, protein ức chế ñặc hiệu enzyme, các AMP vòng - Dự trữ dinh dưỡng: Protein là chất dinh dưỡng quan trọng cung cấp các axit amin cho phôi phát triển (các albumine, globunine ở lòng trắng trứng, gliadine trong hạt lúa mì, ). Ngoài ra, còn có các protein dự trữ khác như cazein trong sữa, feritin (protein dự trữ sắt) trong lá lách, Việc phân chia thành các chức năng khác nhau của protein nói trên không phải thật cứng nhắc, thực tế một protein có thể hoàn thành một số chức năng khác nhau. 4 3. Một số tính chất quan trọng của Protein - Liên kết cộng hoá trị trong phân tử protein là liên kết peptide, đợc hình thành do sự kết hợp nhóm amin của một axit amin với nhóm carboxyl của axit amin kế tiếp, phản ứng kết hợp giải phóng 1 phân tử nớc, theo nguyên tắc này sẽ tạo thành các polypeptide và protein. Ngoài ra, liên kết disulfide qua cầu nối S-S giữa các axit amin Cysteine cũng là liên kết cộng hoá trị. - Liên kết không cộng hoá trị trong phân tử protein là liên kết hydrô, liên kết ion, liên kết kỵ nớc, liên kết vandervan có trong cấu trúc bậc 3 và bậc 4 của phân tử protein. -Trong phân tử protein thờng có 3 axit vòng thơm (Tyrocine, phenylalanine, tryptophan) hấp thụ cao ở bớc sóng 280nm. Đặc tính này đợc ứng dụng để định lợng các protein tinh sạch bằng phơng pháp quang phổ ở bớc sóng 280nm. - Protein có khả năng đợc kết tủa thuận nghịch bằng muối trung tính ((NH 4 ) 2 SO 4 , Na 2 SO 4 ) không bị biến chất, hoặc kết tủa ở điểm đẳng điện. Đặc tính này đợc ứng dụng để phân lập và tinh sạch protein. - Dựa vào thành phần protein và phi protein trong cấu trúc mà phân loại thành 2 loại protein: + Protein 1 thành phần: là protein không chứa các thành phần khác phi protein (không phải protein). Ví dụ: albumine lòng trắng trứng, lyzozyme, + Protein 2 thành phần: là protein phức tạp có cấu tạo gồm phần protein (apoprotein) và phần phi protein. Phần không phải là protein thờng là các gốc đờng, axit nucleic, lipid, Ví dụ nucleoprotein của nhân tế bào có phần protein có tính kiềm và phần phiprotein là axit nucleic; hemoglobulin là một protein phức tạp có phần apoprotein gồm 4 chuỗi polypeptide, mỗi chuỗi đều kết hợp với một nhóm phi protein là nhân Hem - là vòng porfirin liên kết với một nguyên tử sắt; photphoprotein là một protein phức tạp có nhóm ngoại là axit photphoric (casein của sữa, vitelin của lòng đỏ trứng, ). - Các phản ứng màu đặc trng của protein : + Phản ứng bi-ure do liên kết peptide kết hợp với ion đồng Cu 2+ trong môi trờng kiềm và dùng để định lợng protein hoặc peptide bằng đo màu ở bớc sóng 540nm. + Phản ứng giữa các axit amin vòng với thuốc thử Folin-Ciocalteu (chứa ion đồng, axit molipdic và volframat) cho màu xanh, xanh tím. Các phản ứng này đợc sử dụng để định lợng các loại protein ở bớc sóng 660nm hoặc 750nm. + Các axit amin tự do có phản ứng màu đặc trng với thuốc thử ninhydryl, đợc dùng để phát hiện và định lợng axit amin. II. AXIT NUCLEIC (ADN và ARN) Axit nucleic là vật chất mang thông tin di truyền của các hệ thống sống, có cấu tạo đa phân (là một polyme) hình thành từ các đơn phân (monome) là nucleotid. Mỗi nucleotid gồm ba thành phần: Nhóm phosphate, đờng pentose (đờng 5C) và một bazơ hữu cơ (vì các nucleotid chỉ khác nhau ở bazơ nên ngời ta thờng dùng từ bazơ thay cho nucleotid). Các bazơ hữu cơ thuộc hai nhóm: Các purine gồm adenine (A) và guanine (G), các pyrimidine gồm thymine (T), cytosine (C) và uracil (U). Một bazơ nitơ liên kết cộng hóa trị với gốc đờng ở vị trí thứ nhất tạo nên nucleoside. Nucleoside liên kết với một nhóm phosphate tạo nên nucleotid. Các nucleotid đợc nối với nhau qua các nhóm phosphate và đờng pentose - mỗi gốc axit phosphoric liên kết với nguyên tử cacbon số 5 của một gốc đờng khác, qua các liên kết phosphodiester tạo thành chuỗi polynucleotid. Axit nucleic gm hai loi phõn t cú cu to rt ging nhau l: Axit Deoxyribonucleic (ADN) v Axit ribonucleic (ARN). 5 Pyrimidine (6-member ring of C & N) Purine (that + 5 member ring of C & N) Cytosine guanine Thymine in DNA uracil in RNA adenine nucleoside nucleotide deoxy nucleotide Hình 1.4: Mô hình cấu trúc hoá học không gian của các nucleotid 1./ ADN (Axit deoxyribonucleic) a. Đặc tính hoá học của ADN Axit deoxyribonucleic là một chuỗi xoắn kép gồm hai mạch ñơn, mỗi mạch ñơn là một chuỗi polynucleotid xoắn nhau thành một chuỗi xoắn kép, trong ñó bazơ nitơ của mạch này liên kết với bazơ nitơ của mạch kia bằng cầu nối hyñro, theo nguyên tắc bổ sung: + A của mạch này liên kết với T của mạch kia bằng 2 liên kết Hydro. 6 + G của mạch này liên kết với X của mạch kia bằng 3 liên kết Hydro. Mỗi mạch ñơn là một trình tự có ñịnh hướng với một ñầu là 5’phosphate tự do, ñầu kia là 3’hydroxyl tự do (hướng qui ước là 5’3’). Hướng của hai mạch ñơn trong chuỗi xoắn kép ngược nhau nên gọi là hai mạch ñối song song. Hình 1.5: Liên kết bổ sung giữa các nucleotid trên hai mạch ñơn ADN có cấu tạo ña phân, do nhiều ñơn phân hợp lại, có cấu tạo nhiều bậc, dẫn tới tính ña dạng và ñặc trưng của sinh giới. Ở mỗi loài, ADN có trình tự nucleotid riêng ñặc thù và số lượng nucleotid khác nhau, có thể từ 5000 ở một loại virus ñơn giản nhất lên ñến 5000 tỷ trong 46 NST ở người. Trong hai chuỗi polynucleotide, ñường cacbon và nhóm phosphate ñều giống nhau ở mọi phân tử ADN. Tính ñặc thù của từng loại ADN là do các kiểu liên kết khác nhau của 4 bazơ nitơ A,T,G,C. Phân tử ADN trong NST của sinh vật nhân chuẩn (eucaryote) có dạng thẳng, còn ở phần lớn tế bào nhân sơ (procaryote) ADN có dạng vòng. Nhưng ở dạng vòng hay dạng thẳng thì ADN ñều tồn tại dưới dạng cuộn chặt. Kích thước ADN ở Eucaryote hoàn toàn không có mối liên quan gì ñến kích thước và mức ñộ tiến hóa của sinh vật. Các ADN ở Eucaryote có nhiều ñặc ñiểm khác với ADN của prokaryote, toàn bộ phân tử ADN procaryote ñều mang thông tin mã hóa cho các protein trong khi ADN eucaryote bao gồm những trình tự mã hóa (các exon) xen kẽ với những trình tự không mã hóa (các intron). Các ADN ở tế bào nhân chuẩn liên kết với nhiều loại protein khác nhau, chủ yếu là các histon (có bản chất bazơ) và các protein phi histon (có bản chất axit), ñể tạo ra phức hợp nucleoprotein gọi là chất nhiễm sắc (chromatin). Trong nhiễm sắc chất, ADN ñược cuộn xoắn, co ngắn lại ít nhất trên hàng 100 lần, có nhiều mức ñộ cuộn vòng, co xoắn khác nhau. Mức ñơn giản nhất là thể nhân, tức nucleosome ñược xem là ñơn vị cấu tạo cơ sở theo chiều dọc của nhiễm sắc thể, có phần protein là 8 phân tử histon (octamer- gồm 2 phân tử H 3 và 2 phân tử H 4 liên kết ở vùng trung tâm; 2 phân tử H 2A và 2 phân tử H 2B liên kết ở phía ngoài), ñược cuộn quanh bởi ADN. Trong mỗi nucleosme, octamer histon ñược quấn bởi 1 3 /4 vòng sợi ADN, ứng 7 vi khong 140-160 bp. Mi nucleosome cú ủng kớnh 100A 0 . Nucleosome ny ni vi nucleosome kia bng mt ủon ADN ni di 15-100bp, cú gn cỏc phõn t histon H 1 to thnh mt dóy nhiu nucleosome to nờn si c bn ca NST cú ủng kớnh khong 100A 0 . ADN xon kộp trong NST cũn cú cu trỳc siờu xon (super coiling) l mc ủ xon ca phõn t ADN ging nh hai si dõy thng xon cht vi nhau quanh mt trc ca nú. Cỏc phõn t ADN ủu biu hin hai dng siờu xon l siờu xon õm (negative supercoiling-mc ủ xon thp) v siờu xon dng (positive supercoiling-mc ủ xon cao). Cỏc trỡnh t ADN trong nhõn t bo Eucaryote ủc chia lm 3 loi: + Cỏc trỡnh t lp li nhiu ln: Chim 10%-15% b gen ủng vt cú vỳ. ú l nhng trỡnh t ADN ngn (10-200kb), khụng mó húa, thng tp trung nhng vựng chuyờn bit trờn NST nh vựng tõm ủng (trỡnh t CEN) hay ủu cỏc NST (trỡnh t TEL). Chc nng ca chỳng cha rừ, dng nh chỳng tham gia vo quỏ trỡnh di chuyn ca ADN trờn thoi vụ sc (trỡnh t CEN) hay tham gia vo quỏ trỡnh sao chộp ton vn ca phn ADN nm ủu mỳt NST (trỡnh t TEL). + Cỏc trỡnh t cú s ln lp li trung bỡnh: Chim khong 25-40% b gen ngi. Chỳng cú kớch thc ln hn (100-1000kb) v ủa dng hn cỏc trỡnh t lp li nhiu ln. Cỏc trỡnh t ny khụng tp trung m phõn tỏn trờn ton b gen. Chỳng cú th l nhng trỡnh t khụng mó húa vi chc nng cha rừ m cng cú th l trỡnh t mó húa. Vớ d nh cỏc gen mó húa cho rARN, tARN, ARN 5S. + Cỏc trỡnh t duy nht: L cỏc gen mó húa cho cỏc protein, cú trỡnh t ủc trng cho tng gen Mt ủc tớnh khỏc ca ADN, cú ý ngha quan trng trong nghiờn cu, ủú l kh nng bin tớnh (denaturation-l hin tng hai si ủn ca phõn t ADN tỏch ri nhau) v hi tớnh (renaturation-cỏc si ủn li cú th bt cp tr li theo nguyờn tc b sung ủ hỡnh thnh tr li phõn t ADN ban ủu). b. Chức năng sinh học của ADN - Lu giữ thông tin di truyền của cơ thể sống dới dạng các gen di truyền. Gen di truyền là một đoạn trình tự các nucleotid mã hoá cho một polypeptide có chức năng sinh học. - ADN thực hiện chức năng truyền thông tin di truyền qua cơ chế sao chép hay tái bản, có chế phiên mã (tổng hợp ARN thông tin) và có chế dịch mã (tổng hợp protein biểu hiện tính trạng cơ thể). Cơ chế này cũng đảm bảo cho tính ổn định tơng đối của thông tin di truyền. c. Mi quan h gene - cistron cỏc prokaryote v eukaryote Mt cỏch tng ủi, theo ngha rng, cú th ủnh ngha gene l mt ủan xỏc ủnh ca b gene mó húa thụng tin ca mt polypeptide hoc mt phõn t RNA chc nng (nh tRNA, rRNA ). V Cistron l mt ủon xỏc ủnh ca DNA (hay b gene núi chung) mang thụng tin cu trỳc ca mt polypeptide c th m gii hn ca nú ủc xỏc ủnh bng trc nghim cis- trans. Kớch thc trung bỡnh ca mt cistron l 1.200 cp base. Nh vy, cistron chớnh l gene cu trỳc theo ngha hp hay gene mó húa protein. Tuy vy, ủnh ngha ny khụng th bao gm ủy ủ chc nng v cu trỳc ca gene trong ton b sinh gii, bi vỡ cỏc chin lc cho s biu hn gene v t chc b gene cỏc vi khun v eukaryote l rt khỏc nhau. cỏc prokaryote v eukaryote bc thp, thng cú mt mi quan h ủn gin gia gene v sn phm ca nú.Trong hu ht trng hp, cú mt s tng ng mt gene - mt sn phm, v s ủng tuyn tớnh gia gene v chui polypeptide ca nú ủó ủc Ch.Yanofsky xỏc nhn nm 8 1961. Vì vậy ở các sinh vật này, gene và cistron là tương ñương: gene là ñơn vị chức năng di truyền, mang thông tin di truyền ñược biểu hiện trọn vẹn. Hình 1. 6: (a) Ở vi khuẩn, các gene thường ñược sắp xếp trong một operon và ñược phiên mã thành một phân tử mRNA ña cistron. (b) Ở eukaryote, các gene tồn tại riêng biệt dưới dạng ñơn cistron. Ở vi khuẩn, các gene ñồng nghĩa với vùng mã hóa hay khung ñọc mở (open reading frame = ORF), trong khi ñó ở các eukaryote nó ñồng nghĩa với ñơn vị phiên mã (transcription unit). Đó là do các gene vi khuẩn thường ñược sắp xếp trong một operon, vì thế có nhiều sản phẩm ñược dịch mã từ một mRNA ña cistron. Trái lại, ở các eukaryote, hầu hết các gene ñược phiên mã dưới dạng mRNA ñơn cistron. Ở các bộ gene eukaryote bậc cao, thường thường có một mối quan hệ phức tạp giữa gene và sản phẩm của nó. Hầu hết các gene của eukaryote bậc cao ñều có chứa các intron (intervening sequences), tức các ñoạn không mã hóa protein, nằm xen giữa các exon (expressed sequences), các ñoạn mã hóa protein. Các gene như vậy ñược gọi là gene phân ñoạn (split gene) hay gene ñứt quãng (interrupted gene); nó ñược phát hiện lần ñầu tiên bởi Phillip Sharp vào năm 1977. Thông tin trong gene ñược sử dụng một cách chọn lọc ñể sinh ra nhiều sản phẩm khác nhau, gọi là cắt-nối có chọn lọc (alternative splicing) Các sản phẩm có quan hệ về cấu trúc thường có các chức năng khác nhau. Vì lẽ ñó, cistron ñôi khi ñược xem là tương ñương với exon của gene eukaryote, và gene phân ñoạn ñược xem như là một chuỗi các cistron gối nhau (Twyman 1998). Ngoài ra, có vài trường hợp trong ñó cần tới hai gene ñể sinh ra một sản phẩm mRNA ñơn thông qua kiểu cắt-nối chéo (trans-splicing) hoặc biên tập RNA (RNA editing). (a) (b) (c) Hình 1.7 Ảnh hiển vi ñiện tử và hình mô phỏng việc sử dụng vật dò mRNA tế bào chất có ñánh dấu ñể phát hiện gene phân ñoạn (a và b); mô tả vắn tắt sự tổng hợp pre-mRNA và cắt bỏ các intron ñể tạo ra mRNA trưởng thành từ một gene phân ñoạn có chứa hai intron (c). Khám phá mới nhất cho thấy glucose 6-phosphate dehydrogenase là một enzyme có mặt trong các tế bào hồng cầu người; nó bao gồm hai dạng nhỏ/thứ yếu và lớn/chính yếu (minor (a ) (b) 9 and major form); dạng ñầu có trình tự các amino acid thuộc gene trên NST X; và dạng sau gồm hai peptide ñược mã hóa từ thông tin của hai NST, các amino acid trong ñoạn 1-53 ñược mã hóa trên NST số 6 và các amino acid ở ñoạn tiếp theo 54-479 ñược mã hóa trên NST X (theo McClean 1998). Tất cả những trường hợp này nói lên một ñiều rằng, ñể ñưa ra một ñịnh nghĩa chính xác về gene không hề ñơn giản. Tuy nhiên, nhìn toàn cục thì một khái niệm thống nhất nổi bật là, tất cả các sinh vật từ vi khuẩn E. coli cho ñến con người ñều có chung hệ thống mật mã di truyền và có chung phương thức 'chuyển tải' thông tin trong gene thành ra protein. Tổ chức của một gene có thể bao gồm các vùng riêng biệt với các chức năng ñặc thù (Bảng 6.1; theo Twyman 1998, có sửa ñổi). Bảng 1.1 Các thuật ngữ ñược dùng ñể chỉ các phần chức năng của các gene Thuật ngữ Định nghĩa Allele Một biến thể về trình tự của một gene (hoặc marker di truyền khác, ví dụ: trình tự RFLP, VNTR). Cistron Một ñơn vị chức năng di truyền, một vùng của DNA mã hóa một sản phẩm ñặc thù. Vùng mã hóa, khung ñọc mở (ORF) Một vùng của DNA ñược dịch mã thành protein. Ở vi khuẩn, ñó là mộ gene. Ở eukaryote, vùng mã hóa có thể bị gián ñọan bởi các intron. Gene phân ñoạn Một gene mã hóa protein gồm các ñoạn không mã hóa (intron) nằm xen kẻ giữa các ñoạm mã hóa (exon). Gene Ở vi khuẩn, một ñơn vị chức năng di truyền mã hóa hoặc là một polypeptide riêng biệt hoặc phân tử RNA. Ở các eukaryote, một ñơn vị phiênmã có thể mã hóa 1 hoặc nhiều sản phẩm hoặc ñóng góp vào 1 sản phẩm. Locus gene Vị trí của một gene trên một nhiễm sắc thể, kể cả các yếu tố ñiều hòa kề bên. Thuật ngữ locus ñược dùng theo cách riêng ñể chỉ vị trí của gene-marker bất kỳ, yếu tố ñiều hòa, khởi ñiểm tái bản, v.v Operon Một locus của vi khuẩn có chứa nhiều gene (mà ñược phiên mã như là một bản sao polycistron ñơn) và các yếu tố ñiều hòa chung của chúng. Pseudogene Một trình tự không hoạt ñộng chức năng vốn có cấu trúc tương tự một gene hoạt ñộng chức năng. Đoạn ñệm ñược phiên mã Bất kỳ phần nào của ñơn vị phiên mã của 1 gene RNA hay operon gene RNA sẽ bị loại bỏ trong khi tạo ra các phân tử RNA trưởng thành. Đơn vị phiên mã, vùng ñược phiên mã Một vùng của DNA ñược phiên mã thành RNA. Ở các eukaryote, ñó là một gene. Ở vi khuẩn, nó có thể bao quát nhiều gene. Vùng không ñược dịch mã (UTR) Bất kỳ phần nào của ñơn vị phiên mã mà không ñược dịch thành protein. Các UTR kề bên một vùng mã hóa hay operon ñược gọi là các UTR 5' và 3'. Gene bị phân chia (divided gene) Một gene phân ñọan với các exon ở các locus riêng biệt ñược phiên mã riêng rẽ và khâu nối lại bởi sự cắt- nối chéo (trans-splicing). Thực ra ñó là cách gọi sai vì mỗi locus ñúng 10 ra phi ủc coi nh l 1 gene riờng. bt k locus no, mt vựng DNA ủc phiờn mó cú th gi l mt ủn v phiờn mó (transcription unit). prokaryote, mt ủn v phiờn mó cú th gm nhiu gene; trong khi ủú eukaryote, cỏc ủn v phiờn mó hu nh bao gi cng tng ủng vi mt gene ủn. Hỡnh 1.8 Cu trỳc ủin hỡnh ca mt gene eukaryote. i vi cỏc gene mó húa protein cú mt s tỏch bit gia vựng ủc dch mó thnh chui polypeptide v vựng khụng ủc dch mó. vi khun, vựng ủc dch mó l khung ủc m (ORF), trong ủú cỏc gene phõn cỏch nhau bng cỏc ủon ủm (spacer) ủc gi l cỏc vựng khụng mó húa bờn trong (internal noncoding region). Cỏc gene nm hai ủu ca mt operon cng ủc kốm bi mt vựng khụng mó húa cú tờn l vựng khụng dch mó 5' (5' untranslated region = 5' UTR) hay ủon dn ủu (leader sequence) v vựng khụng ủc dch mó 3' (3' UTR) hay ủon kộo sau (trailer sequence). V bn cht, chỳng l cỏc ủon ủiu hũa; chng hn, vựng 5'UTR kim soỏt s bỏm vo ca ribosome, cũn vựng 3'UTR thng ủúng vai trũ quan trng trong s n ủnh mRNA. cỏc gene eukaryote, vựng mó húa cng ủc kốm bi cỏc vựng UTR ủiu hũa, v c hai vựng UTR 5' v 3' cng nh khung ủc m cú th b giỏn ủon bi cỏc ủon khụng mó húa (tc cỏc intron) m chỳng s ủc ct b trc khi xut mRNA trng thnh ra khi nhõn. Nh th, bt k ủon no m rt cuc b loi b khi pre- RNA thỡ ủc gi l cỏc ủon ủm ủc phiờn mó (transcribed spacer). 2./ ARN (axit ribonucleic) Phõn t ARN cú cu trỳc tng t ADN vi ba ủim khỏc bit sau: + Phõn t ARN l chui ủn. + ng pentose ca phõn t ARN l ribose. + Thymine ca phõn t ADN ủc thay th bng uracine trong phõn t ARN. ARN gồm có các loại: - mARN (messenger ARN) hay ARN thông tin: mã hóa cho Protein. - rARN (ribosomal ARN) hay ARN ribosom thành phần cơ bản xúc tác phản ứng tổng hợp protein. - tARN (tranfer ARN) hay ARN vận chuyển: có chức năng trong tổn hợp protein nh một thành phần kết nối giữa mARN và axit amin. - snARN hay small nuclear ARNs nhân có phân tử nhỏ có một số chức năng nh lắp ghép tiền mARN. - snoARN hay small nucleolar ARN là các ARN của hạch nhân đợc sử dụng trong các quá trình thay đổi hóa học rARN. - Bên cạnh đó có một số loại ARN khác nh hnARN, scARN. Nhìn chung các ARN có vai trò nhất định trong bộ máy tổng hợp protein, nhng các ARN chủ yếu là mARN, tARN, rARN. [...]... các phân tử rARN 5S, 16S, 23S sự cắt bỏ thứ cấp bởi enzyme ARNse M5, M16, M23 ở đầu 3 và 5 của mỗi phân tử tiền thân sẽ cho ra phân tử rARN trởng thành ở Eukaryote, rARN tiền thân đợc tổng hợp từ ADN dới sự tác động của enzyme ARN pol I hình thành nên phân tử đơn, dài Các phân tử ban đầu đợc chế biến nhờ những sự thay đổi đặc hiệu cùng với các bớc cắt Quá trình này hiện nay vẫn cha đợc hiểu rõ Phân tử. .. là bản phiên mã di truyền chứa các mã bộ ba (codon) tơng ứng với một axit amin của phân tử protein Thực hiện chức năng trực tiếp chuyển tải thông tin di truyền từ phân tử ADN đến bản dịch mã biểu hiện ở phân tử protein iii saccharide 15 1 Cấu tạo hoá học Saccharide là nhóm chất hữu cơ phổ biến khá rộng rãi trong cơ thể sinh vật, ở thực vật chúng chiếm tỉ lệ lớn từ 80%-90% trọng lợng khô Saccharide đợc... cắt ở 14 vùng trong (ITSs), sau đó giải phóng ra pre-rARN 20S từ phân tử 32S Vùng 5.8S bắt cặp với vùng 28S trớc khi phân tử trởng thành đợc hình thành Các phân tử này đợc cuộn lại và sự methyl hoá diễn ra tại hơn 100 vị trí Quá trình cắt thứ cấp tiếp theo sẽ giải phóng ra các phân tử rARN hoàn chỉnh, chúng liên kết với các protein để tạo nên các phức hệ RNP rARN 5S ở Eukaryote đợc phiên mã bởi ARN... saccharose và trehalose (dạng không khử) khá phổ biến ở có thể sinh vật Polysaccharide đợc cấu tạo từ các monosaccharide giống nhau và khác nhau Các monosaccharide liên kết với nhau bằng liên kết 1-4 glucozit tạo thành mạch thẳng và 1-6 tạo thành mạch nhánh Do có khối lợng phân tử lớn nên polysaccharide đợc gọi là các đại phân tử sinh học Cellulose là thành phần cấu trúc nên vách tế bào thực vật Một... một trình tự base gọi là oriC Là một đoạn ADN dài khoảng 250 bp, thờng chứa một trình tự 9 bp (5TTAT(C/A)CA(C/A)A-3), đợc lặp lại 4 lần Vị trí này cũng tìm thấy ở nhiều vi khuẩn Gram âm và là vị trí liên kết của các phân tử protein tham gia quá trình khởi đầu quá trình tự sao Hình 2.5: Nhiễm sắc thể nhân chuẩn có nhiều chạc tái bản Sau thực nghiệm thành công trên đối tợng vi khuẩn, nhiều nhà khoa học. .. trong ống li tâm (từ 1.6g/cm3 trên đỉnh ống đến 1.8g/cm3 dới đáy ống li tâm) Phân tử ADN có trọng lợng cân bằng với trọng lợng của CsCl xung quanh sẽ hình thành nên một vạch đậm giữa ống nghiệm Do đó, phân tử ADN có nồng độ nitơ nặng cao sẽ hình thành một vạch phân biệt trong ống dung dịch CsCl với vạch đợc hình thành từ phân tử ADN nhẹ Trọng 24 lợng trung bình của ADN gồm cả mạch chứa nitơ nặng và nitơ... Cuối cùng các phân đoạn Okazaki đợc nối lại bởi ligase, tạo thành một sợi ADN mới liên tục nh sợi dẫn đầu Về các bớc của quá trình nối các phân đoạn, khi xem xét cơ chế nối hai phân đoạn kế tiếp nhau, ngời ta thấy đầu 3 của phân đoạn vừa mới đợc tổng hợp chỉ tiếp cận chứ không nối liền ngay với đoạn mồi ở đầu 5 của phân đoạn đợc tổng hợp trớc ADN polymerase III vừa hoàn thành tổng hợp phân đoạn mới... phức tạp và đợc hình thành do phân tử rARN tạo phức hệ với protein đặc hiệu trong quá trình chế biến, trực tiếp tham gia vào quá trình dịch mã Về cấu trúc, ribosome ở Prokaryote và Eukaryote có sự khác nhau cơ bản, song chức năng và cách thức hoạt động thì tơng tự nhau Ribosome ở Prokaryote là loại 70S, cấu tạo từ 2 tiểu phần 50S và 30S Tiểu phần 30S đợc cấu thành từ phân tử rARN 16S và 21 protein khác... tâm gradient mật độ cân bằng Kỹ thuật này sử dụng dung dịch cesium chloride do phân tử cesium rất nặng (khối lợng phân tử là 132 và trọng lợng riêng là 1873g/ml) và cesium chloride rất tan trong nớc, do đó ngời ta có thể pha chế đợc nồng độ CsCl 6M và có trọng lợng cao Tuy nhiên, dới tác động của li tâm tốc độ cao phân tử cesium đủ nặng sẽ di chuyển đáp ứng với gia tốc trọng trờng và hình thành nên... này 2 Nguyên tắc phân cực trong quá trình tự sao Hình 2.2: Cấu trúc loop trên chạc sao chép ở sợi lùi Phân tử ADN có tính chất phân cực một sợi chạy theo chiều 5-3 còn sợi kia chạy theo chiều ngợc lại 3-5 gọi là sự đối song song ngợc chiều của 2 sợi xoắn kép (antiparallel) Điều này cùng với đặc tính chỉ kéo dài chuỗi polynucleotid theo chiều 5-3 của ADN polymerase dẫn đến trong quá trình tổng hợp ADN